一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑的製作方法
2023-05-30 17:57:26
專利名稱：一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑。
背景技術：
過共晶鋁矽合金是目前最有應用潛力的鑄造鋁合金。由於線膨脹係數小， 密度輕，具有良好的流動性、抗熱裂性，優良的耐磨、耐蝕性能，過共晶鋁矽合 金是製造內燃機活塞、汽車斜盤式壓縮機用斜盤和活塞的優質材料。然而，該
合金原始鑄造組織中的初生Si相粗大，呈板片狀、多角狀、五瓣星狀，嚴重割
裂基體組織，不僅嚴重降低了合金的力學性能，還惡化了合金的鑄造性能，影 響了該合金的實用化進程。
磷進行變質是迄今為止最常用和有效的解決方法，採用磷類變質劑不僅可
以細化初晶Si，同時還可以使A1-Si合金的共晶點左移，增加初晶Si數量。目 前國內外主要應用的磷類變質劑有赤磷、磷鹽複合變質劑和Cu-P (含8%-10%P) 中間合金等，工業上常用赤磷變質。
專利CN 1540011製備了一種含錳、鉍、銀等重金屬的銅-磷中間合金；專 利CN 1410565A及CN 1540011將磷、鋁、銅-磷中間合金及磷化鋁等在700°C 100(TC下熔化，製備了含銅的鋁-磷中間合金。專利CN 1308142把10 30%磷、 10 40%鍶及5 40%氧，以單質或鹽的形式經烘乾、機械混合後待用；專利CN 1584085A採用壓塊的方法，製備了含磷、鈦、碳化鈦及釔的過共晶鋁矽合金的 複合變質劑。
然而，上述變質劑在使用過程中存在諸多問題
(1) 赤磷複合變質劑，由於磷的燃點和升華溫度低，運輸和保存過程中存 在安全隱患；加入過程中反應劇烈，產生有毒五氧化二磷氣體，汙染環境；磷 的吸收率低，且難以控制；經壓塊後壓入熔體，雖反應較平穩，但仍會冒出大 量煙氣，致使吸收率低，汙染大。
(2) 磷鹽複合變質劑，也產生有害氣體，環境汙染較嚴重；產生大量反應 渣，腐蝕爐襯，增加鋁耗；磷的吸收率受工藝條件限制，變質效果不穩定，廢
品率咼o
(3) 含磷中間合金，如Cu-P- (X)，熔點高，加入後難熔化；密度大，易 偏析；不適合靜置爐生產(國內生產狀況)，僅適合感應爐生產；流程長，能耗高；增加合金中的Cll及P以外其他元素的含量，限制了所用合金的牌號。
(4) 採用巨毒藥品A1P做原料，生產過程存在一定的安全問題。
(5) 變質劑加入溫度較高，通常在80(TC以上，能源消耗高。 磷變質過共晶鋁矽合金的細化機理已達成共識，是由於高熔點(約2540℃)的A1P (A1[1]+P[1]—AlP[s])與矽同為立方晶體，晶格常數極其相近，可作為優 異的初晶矽異質形核質點，細化初晶矽。因此近年來，日本和德國研製了含有 A1P預製晶核的A1-Cu-P中間合金，它們通過粉末冶金法成型，然後熱擠壓成杆 狀，在鑄錠鑄造和半連續水冷鑄造期間，可以像A1-Ti-B絲那樣，在正常的鑄 造溫度下連續地加在流槽中，無汙染，工藝簡單，變質效果良好，但同樣存在 上述問題。國內也有人採用巨毒藥品A1P做原料，研製含有A1P預製晶核的A1-P 中間合金，生產過程存在一定的安全問題。
發明內容
本發明旨在克服上述技術的不足，提供一種高效、簡便、低成本、"綠色" 的過共晶鋁矽合金的磷變質劑。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑，其特徵在於變質劑由質量百分比組成為 1% 30%磷粉、1% 50%鋁粉、5% 40%氯化物、1% 20%氟化物，經球磨混均後， 壓製成塊的塊狀變質劑。
本發明的一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑，其特徵在於所述的氯化物為氯 化鉀或氯化鈉。
本發明的一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑，其特徵在於所述的氟化物為氟 化鉀、氟化鈉、氟硼酸鉀、氟硼酸鈉、氟鈦酸鉀、氟鈦酸鈉、氟鋁酸鉀、氯鋁 酸鈉中的一種。
本發明 磷中添加鋁粉，並採用球磨的方法，提高磷的表面活性，增加 磷與鋁的接觸，加快磷與鋁的互溶/反應速度，使其形成少量A1P預製晶核，從 而降低變質劑加入溫度，提高磷吸收率，減小汙染。
本發明的一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑的製備方法，其特徵在於將所述 組成的變質劑粉末混合後，放入球磨機中球磨5 600分鐘，在1 10個大氣壓 下壓製成塊。使用時採用壓板或壓勺直接壓入鋁矽合金熔體即可。
本發明的一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑的製備方法，其特徵在於所述的 球磨過程採用惰性氣體保護或抽真空防護，以防止球磨過程中原料氧化。
釆用本發明的磷變質劑可變質矽含量12% 31%的過共晶鋁矽合金，磷的吸
收率可由10%左右提高到近30%，變質效果良好，初晶矽平均尺寸達到15~45 um，分布均勻。
本發明適用於過共晶鋁矽合金的變質處理，很好地解決了過共晶鋁矽合金 生產中的關鍵問題，明顯減少磷變質劑加入時放出的煙氣，縮短加料時間；降 低加入溫度，提高磷變質劑的吸收率，減少原料消耗，降低成本；減小汙染， 減少廢棄物排放；穩定生產，減化操作過程，改善工作環境。具有良好的社會 和經濟效益，及良好的推廣應用價值。
具體實施例方式
一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑，其特徵在於變質劑由質量百分比組成為 1% 30%磷粉、1% 50%鋁粉、5% 40%氯化物、1% 20%氟化物，經球磨混均後， 壓製成塊的塊狀變質劑；所述的氯化物為氯化鉀或氯化鈉；所述的氟化物為氟 化鉀、氟化鈉、氟硼酸鉀、氟硼酸鈉、氟鈦酸鉀、氟鈦酸鈉、氟鋁酸鉀、氯鋁 酸鈉中的一種。製備時，將所述組成的變質劑粉末混合後，放入球磨機中球磨5 600分鐘，在1 10個大氣壓下壓製成塊。使用時採用壓板或壓勺直接壓入鋁矽 合金熔體即可。
實施例1
按以下步驟製取磷變質劑並用於過共晶鋁矽合金的變質處理
(1) 稱取原料磷粉40克，鋁粉40克，氯化鈉80克，氟化鉀20克；
(2) 把以上原料加入真空球磨罐中，球料比3: 1，打開閥門，通入氬氣2 分鐘，流量0.6升/分鐘，關閉閥門；
(3) 置於行星式球磨機中，轉速180轉/分，球磨時間45分鐘，運行周期 l分鐘，正反雙向轉動，待冷至室溫後取出；
(4) 打開真空球磨罐放氣閥門，待罐內外氣壓相近時，打開罐蓋，取出粉 末，放入模子中，置於壓力機上，以4個大氣壓的力壓成塊狀，放入 乾燥器中保存待用；
(5) 將20公斤調整好成份的過共晶鋁矽合金ZL117升溫至約76(TC，壓 入塊狀變質劑，待變質劑充分熔化後，攪拌，靜置，半小時後取樣分 析，初晶矽平均尺寸30um， 一個視野裡超過50iim小於70wm的 不超過1個。檢驗合格後，澆鑄成所需的鑄錠。
實施例2
按以下步驟製取磷變質劑並用於過共晶鋁矽合金的變質處理 (1)稱取原料磷粉300克，鋁粉300克；
(2) 把以上原料放入球磨機中，球料比2: 1，通入氬氣2分鐘，流量l升/分 鍾，蓋上蓋子；
(3) 轉速80轉/分，球磨時間200分鐘，每運行10分鐘，停止2分鐘，單向 運動，待冷至室溫後取出；
(4) 打開罐蓋，取粉末80克，加入氯化鈉80克，氟鈦酸鉀10克，氟鋁酸鈉 10克，混合均勻後，放入模子，置於壓力機上，以5個大氣壓的力壓成 塊狀，放入乾燥器中保存待用；
(5) 將20公斤調整好成份的過共晶鋁矽合金ZL117升溫至約78(TC，壓入塊 狀變質劑，待變質劑充分熔化後，攪拌，靜置，半小時後取樣分析，初 晶矽平均尺寸25um，視野裡無大於50um的初晶矽。此檢驗合格後， 澆鑄成所需的鑄錠。
實施例3
按以下步驟製取磷變質劑並用於過共晶鋁矽合金的變質處理
(1) 稱取原料磷粉60克，鋁粉70克，氯化鈉60克，氟化鉀5克，氟鈦酸鉀5 克；
(2) 把以上原料加入真空球磨罐中，球料比10: 1，打開閥門，通入氬氣2分 鍾，流量0.6升/分鐘，關閉閥門；
(3) 置於行星式球磨機中，轉速200轉/分，球磨時間15分鐘，運行周期l分 鍾，正反雙向轉動，待冷至室溫後取出；
(4) 打開真空球磨罐放氣閥門，待罐內外氣壓相近時，打開罐蓋，取出粉末， 放入模子中，置於壓力機上，以1個大氣壓的力壓成塊狀，放入乾燥器中 保存待用；
(5) 將20公斤調整好成份的過共晶鋁矽合金ZL117升溫至約78(TC，壓入塊 狀變質劑，待變質劑充分熔化後，攪拌，靜置，半小時後取樣分析，初晶 矽平均尺寸30 u m， 一個視野裡超過50 u m小於70 u m的不超過1個。 檢驗合格後，澆成所需的鑄錠。
實施例4
按以下步驟製取磷變質劑並用於過共晶鋁矽合金的變質處理
(1) 稱取原料磷粉5克，鋁粉150克，氯化鈉250克；
(2) 把以上原料加入球磨機中，球料比3: 1，打開閥門，通入氬氣2分鐘，流 量0.2升/分鐘，蓋上蓋子；
(3) 轉速100轉/分，每運行15分鐘，停止3分鐘，球磨時間600分鐘，正反
雙向轉動，待冷至室溫後取出；
(4) 打開罐蓋，取出粉末，加入氟化鉀25克，氟鋁酸鉀25克，氟鈦酸鉀30 克，氟硼酸鉀15克，混合均勻，放入模子中，置於壓力機上，以10個大 氣壓的力壓成塊狀，放入乾燥器中保存待用；
(5) 將2公斤調整好成份的過共晶鋁矽合金ZL117升溫至約770。C，壓入塊狀 變質劑，待變質劑充分熔化後，攪拌，靜置，半小時後取樣分析，初晶矽 平均尺寸30um， 一個視野裡超過50um小於70um的不超過l個。檢 驗合格後，澆鑄成所需的鑄錠。
實施例5
按以下步驟製取磷變質劑並用於過共晶鋁矽合金的變質處理
(1) 稱取原料磷粉20克，鋁粉80克，氯化鈉60克，氟化鉀10克，氟鋁酸鉀 10克，氟鈦酸鉀6克，碳化鈣4克；
(2) 把以上原料加入球磨機中，球料比6: 1，打開閥門，通入氬氣2分鐘，流 量0.2升/分鐘，蓋上蓋子；
(3) 轉速100轉/分，每運行15分鐘，停止3分鐘，球磨時間90分鐘，正反雙 向轉動，待冷至室溫後取出；
(4) 打開罐蓋，取出粉末，加入氟化鉀10克，氟鋁酸鉀10克，氟鈦酸鉀6克， 碳化鈣4克，混合均勻，放入模子中，置於壓力機上，以5個大氣壓的力 壓成塊狀，放入乾燥器中保存待用；
(5) 將10公斤調整好成份的過共晶鋁矽合金ZL117升溫至約780°C，壓入塊 狀變質劑，待變質劑充分熔化後，攪拌，靜置，半小時後取樣分析，初晶 矽平均尺寸30 u m， 一個視野裡超過50 u m小於70 u m的不超過1個。 檢驗合格後，澆鑄成所需的鑄錠。
權利要求
1.一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑，其特徵在於變質劑由質量百分比組成為1％～30％磷粉、1％～50％鋁粉、5％～40％氯化物、1％～20％氟化物，經球磨混均後，壓製成塊的塊狀變質劑。
2. 根據權利要求l所述的一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑，其特徵在於所 述的氯化物為氯化鉀或氯化鈉。
3. 根據權利要求1所述的一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑，其特徵在於所 述的氟化物為氟化鉀、氟化鈉、氟硼酸鉀、氟硼酸鈉、氟鈦酸鉀、氟鈦酸鈉、 氟鋁酸鉀、氯鋁酸鈉中的一種。
4. 一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑的製備方法，其特徵在於將所述組成的 變質劑粉末混合後，放入球磨機中球磨5 600分鐘，在1 10個大氣壓下壓制 成塊。使用時採用壓板或壓勺直接壓入鋁矽合金熔體即可。
5. 根據權利要求4所述的一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑的製備方法，其 特徵在於所述的球磨過程採用惰性氣體保護或抽真空防護，以防止球磨過程中 原料氧化。
全文摘要
本發明涉及一種過共晶鋁矽合金的磷變質劑，其特徵在於變質劑由質量百分比組成為1％～30％磷粉、1％～50％鋁粉、5％～40％氯化物、1％～20％氟化物，經球磨混均後，壓製成塊的塊狀變質劑。本發明的變質劑適用於過共晶鋁矽合金的變質處理，很好地解決了過共晶鋁矽合金生產中的關鍵問題，明顯減少了磷變質劑壓入時放出的煙氣，縮短了加料時間，減小渣量；提高了磷變質劑的吸收率，減少了原料消耗；減小汙染，減少廢棄物排放；穩定生產，減化操作過程，降低加入溫度，改善工作環境。具有良好的社會和經濟效益，及良好的推廣應用價值。
文檔編號C22C1/02GK101195877SQ20071030361
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月20日 優先權日2007年12月20日
發明者任智森, 英 張, 張俊紅 申請人:中國鋁業股份有限公司