专利名称：一种铝-锆-磷中间合金及其制备方法
技术领域：
本发明属金属材料领域，特别涉及一种用于细化共晶及过共晶铝4系合金 中初晶硅的铝-锆-磷中间合金及其制备方法。二、 背景技术目前，共晶及过共晶铝-^系合金中初晶硅的细化主要是采用添加中间合金 的方法。自上世纪三十年代Sterner和Rainer发明磷细化初晶硅的专利以来，含 磷中间合金的研究已取得了较大的进展，如铜-磷、铝-铜-磷、铝-铁-磷和铝-硅-磷等中间合金。铜-磷中间合金密度较大，易沉淀偏析，变质效果不稳定，不 适合静置炉生产，且带来铜成分污染。铝-铜-磷中间合金变质、细化效果较为稳 定，但其制备成本高，在实际生产中未能获得推广应用。铝-铁-磷中间合金的使 用则会向合金中引入杂质铁元素。申请号为200510044827的中国专利报道了一 种含有铝、硅、磷的新型中间合金，该中间合金中含有大量的预先形成的A1P 颗粒，其具有良好的变质、细化效果，并在生产中获得了推广应用。但是上述的 三种铝基中间合金，P均以A1P形式存在于中间合金体系中，由于A1P易于与空 气中的水蒸气反应而氧化、水解，从而导致中间合金中的磷含量在保存过程中逐 步降低。因此，生产中迫切需要发明一种新的含磷铝基中间合金，在达到良好细 化效果的同时，不向熔体中引入其他杂质元素，还便于长期保存与使用。三、 发明内容本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能对共晶及过共晶铝 -硅合金中的初晶硅起到高效细化并显著提高合金高温力学性能的铝-锆-磷中间 合金，同时提供一种生产成本低、工艺简便、适合工业化生产的制备方法。本发明是通过以下方式实现的一种铝-锆-磷中间合金，其特征是所含组分的质量百分比为铝78.0-94.0%,锆3.0-20.0%，磷1.0~6.0%; P以ZrP形式存在于中间合金体系中。 而ZrP粒子在加入到共晶及过共晶铝-硅合金熔体中后，ZrP与铝熔体反应生成 A1P，为初晶硅提供异质核心。同时，也随之引入了Zr元素，可显著提高合金的 高温力学性能。上述一种铝-锆-磷中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤(1) 首先按以下质量百分比准备好制备铝-锆-磷中间合金所需的原料海绵锆3.0-20%或者氟锆酸钾9.4~62.5%，铝-磷中间合金13.3-80.0%， 余为工业纯铝，其中铝-磷中间合金的含磷量为2.0-7.8%;(2) 在熔炼炉中将工业纯铝熔化至卯0。C-1300。C，先加入铝-磷中间合金， 经搅拌10-20分钟后，再加入海绵锆或者氟锆酸钾；G)反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。 上述铝-锆-磷中间合金的制备方法，其特征是步骤(1)中，铝-磷中间合金 的含磷量为2.0~7.8%。与A1P相比，ZrP化合物不易水解、氧化，该化合物可以起到固磷作用，而 且锆是铝4系中的微合金化元素，能够强化铝基体从而提高合金的高温力学性 能。因此，采用铝-锆-磷中间合金对共晶及过共晶铝"^系合金进行细化处理时， 在达到良好细化效果的同时可以显著提高合金的力学性能。该中间合金具有熔点 低、加入量小，细化效果稳定、长效等优点。在保温15分钟条件下，可使Al-18Si 合金中的初晶硅尺寸由120|_im以上细化至25pm以下，是一种高效环保型中间 合金。合金的制备可以在较低的温度下进行；制备过程中无需特殊设备，制备工 艺较简单；制备的铝-锆-磷中间合金具有良好的细化效果和强的抗时间衰减性 能，同时可显著地提高合金的力学性能，适合大规模生产和应用。四具体实施方式
下面给出本发明的几个最佳实例。 实施例l(1) 按工业纯铝9.7%、铝-磷中间合金73.3%、海绵锆17.0%的质量百分 比称取原料，其中铝-磷中间合金的含磷量为7.5%。(2) 在熔炼炉中将工业纯铝熔化至nocrc-i30(rc，先加入铝-磷中间合金，经搅拌10-20分钟后，再加入海绵锆。(3) 反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。 按照上述配比和工艺得到一种最佳成分的铝-锆-磷中间合金，其化学成分的质量百分比为磷5.3-5.7，锆16.7-17.3，其余为铝。 实施例2(1) 按工业纯铝20.3%、铝-磷中间合金66.7%、海绵锆13%的质量百分 比称取原料，其中铝-磷中间合金的含磷量为6.0%。(2) 在熔炼炉中将工业纯铝熔化至100(TC-120(TC，先加入铝-磷中间合金， 经搅拌10-20分钟后，再加入海绵锆。(3) 反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。 按照上述配比和工艺制取的铝-锆-磷中间合金，其化学成分的质量百分比为磷3.84.1，锆12.7-13.2，其余为铝。 实施例3(1) 按工业纯铝36.9%、铝-磷中间合金57.1%、海绵锆6.0%的质量百分 比称取原料，其中铝-磷中间合金的含磷量为3.5%。(2) 在熔炼炉中将工业纯铝熔化至900。C-110(rC，先加入铝-磷中间合金， 经搅拌10-20分钟后，再加入海绵锆。(3) 反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。 按照上述配比和工艺制取的铝-锆-磷中间合金，其化学成分的质量百分比为磷1.8-2.2，锆5.9-6.2，其余为铝。 实施例4(1) 按工业纯铝48.0%、铝-磷中间合金33.3%、氟锆酸钾18.7%的质量百 分比称取原料，其中铝-磷中间合金的含磷量为6.0%。(2) 在熔炼炉中将工业纯铝熔化至900。C-95(TC,先加入铝-磷中间合金， 经搅拌10-20分钟后，再加入氟锆酸钾。(3) 反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。 按照上述配比和工艺制取的铝-锆-磷中间合金，其化学成分的质量百分比为磷1.8-2.2，锆5.7~6.3，其余为铝。 实施例5(1) 按工业纯铝24.1%、铝-磷中间合金57.1%、氟锆酸钾18.8%的质量百 分比称取原料，其中铝-磷中间合金的含磷量为3.5%。(2) 在熔炼炉中将工业纯铝熔化至900°C-950°C，先加入铝-磷中间合金， 经搅拌10-20分钟后，再加入氟锆酸钾。(3) 反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。按照上述配比和工艺制取的铝-锆-磷中间合金，其化学成分的质量百分比 为磷1.8-2.2，锆5.7~6.3，其余为铝。
权利要求
1、一种铝-锆-磷中间合金，其特征是所含组分的质量百分比为铝78.0-94.0％，锆3.0-20.0％，磷1.0-6.0％；P以ZrP形式存在于中间合金体系中。
2、 一种铝-锆-磷中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤(1) 首先按以下质量百分比准备好制备铝-锆-磷中间合金所需的原料海绵锆3.0-20.0%或者氟锆酸钾9.4-62.5%，铝-磷中间合金13.3-80.0%， 余为工业纯铝；(2) 在熔炼炉中将工业纯铝熔化至90(TC-1300°C，先加入铝-磷中间合金， 经搅拌10-20分钟后，再加入海绵锆或者氟锆酸钾；(3) 反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。
3、 根据权利要求2所述铝-锆-磷中间合金的制备方法，其特征是步骤(1)中，铝一磷中间合金的含磷量为2.0-7.8%。
全文摘要
本发明属金属材料领域，涉及一种用于细化共晶及过共晶铝-硅系合金中初晶硅的铝-锆-磷中间合金及其制备方法。在该中间合金体系中，P以ZrP化合物形式存在。该合金化学组成按质量百分比为铝78.0-94.0％，锆3.0-20.0％，磷1.0-6.0％。制备步骤是按比例准备好工业纯铝、铝-磷中间合金、海绵锆或者氟锆酸钾。在熔炼炉中将工业纯铝熔化至900℃-1300℃，先加入铝-磷中间合金，经搅拌10-20分钟后，再加入海绵锆或者氟锆酸钾，反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。所制备的铝-锆-磷中间合金具有良好的细化效果，且能显著提高合金的高温力学性能。
文档编号C22C21/00GK101613820SQ20091001683
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者刘相法, 琨 姜, 敏 左, 武玉英 申请人:山东大学