一种铝-硅系合金用除钙方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属金属材料领域，特别涉及一种铝-硅系合金用除钙方法。
【背景技术】
[0002]共晶和过共晶铝-硅系合金以其质轻、高耐磨、高强度、低热膨胀系数以及良好的导热性等优异表现，成为制造活塞、汽缸等汽车零部件的理想材料。为满足实际使用性能要求，必须对其进行磷变质处理。
[0003]钙是结晶硅中常见的杂质元素，在铝-硅系合金中不可避免地含有来自原料纯硅和纯铝中的杂质钙，而钙与磷之间有极强的亲合力，因此当铝-硅系合金中杂质钙含量较高时，会使磷变质“中毒”。不仅如此，钙的存在还会使铝-硅系合金熔体流动性变差，容易吸气导致产生铸造缺陷，使铸件废品率上升。因此，在变质处理前必须对熔体进行除钙。使用高纯度结晶硅和铝可以避免此问题但使生产成本大幅提高，高温静置也是有效解决办法，但会增加能耗并提高生产成本和降低生产效率。国内最普遍使用的方法是采用六氯乙烷等含氯精炼剂进行精炼除1丐。如文献(Materials science and technology,2003,19(7):915-918.)也报道了使用氯化物(Ti2Cl6)可以有效控制钙含量，但氯化过程中会释放大量氯气，严重污染环境且对人体健康有巨大伤害。有文献(内燃机配件，2005，5:24)提出使用铝-碳中间合金可以除钙，但必须加入大量该中间合金才能达到理想的除钙效果。文献(RareMetals ,2013,32(3):247-251.)报道了一种较为环保的解决方法，S卩加入硼和钙反应形成六硼化钙从而将钙除去，使磷细化效果恢复，但合金熔体中若含有较多的钛，则硼会和钛反应导致该方法失效。专利号为201010593187.2的中国专利公开报道了一种新型除钙剂，主要原理是氟化除钙，同时硼碳除钙相结合，但该除钙剂主要针对近共晶铝-硅系合金进行除钙，对过共晶铝-硅系合金并不是理想的除钙剂，适用范围具有一定局限性，且存在环境污染问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效、环保、工艺简便的铝-硅系合金用除钙方法。
[0005]本发明是通过以下方式实现的:
[0006]—种铝-硅系合金用除钙方法，其特征是以铝-磷中间合金为除钙剂，结合高纯氩气精炼进行除钙;铝-磷中间合金中的磷的质量百分比为2.5-5.5%，杂质<0.5%，磷以弥散的AlP粒子形式存在;将铝-磷中间合金加入铝-硅系合金熔体中后，释放出的AlP粒子及其溶解形成的AlP团簇与铝-硅系合金熔体中的钙反应生成富钙磷化物，通过氩气精炼将富钙磷化物从铝-硅系合金熔体中除去。
[0007]上述铝-硅系合金用除钙方法，其特征是包括以下步骤:
[0008](I)首先按含钙铝-硅系合金总质量的0.2-1.0%准备好铝-磷中间合金，并预热至150。。；
[0009](2)将含钙铝-硅系合金熔化并升温至750-850°C，加入经过预热的铝-磷中间合金，保温10-45分钟使其溶解和反应，保温过程需轻微搅拌以保证溶解和反应充分进行；
[0010](3)向熔体中吹入经干燥处理过的高纯氩气进行精炼，精炼时间5-20分钟；
[0011](4)精炼处理结束后将表层浮渣清除。
[0012]本发明的技术原理是磷化除钙，即借助磷化铝与钙反应生成磷化钙，其反应式如下:
[0013]AlP(s) + [Ca]^Ca3P2(s) + [Al]
[0014]生成的磷化钙属于高熔点粒子，通过氩气精炼即可带出。磷与钙的化学亲力极强，因此除钙效果十分显著。此方法中，利用钙使磷变质“中毒”这一现象，使铝-磷中间合金不仅是变质剂，也是除钙剂，从而无需额外制备专用的除钙剂。这不仅节约成本还简化了生产工艺流程，同时也避免了其他杂质元素的引入，满足了对合金纯净度要求较高的场合，使该方法更具普遍适用性。此外，加入的铝-磷中间合金为杆状或线材，加入量易于控制，且操作简便。因此，本发明是一种高效、环保、工艺简单、具有普适性的铝-硅系合金用除钙方法。
【具体实施方式】
[0015]下面给出本发明的五个最佳实施例:
[0016]实施例1
[0017](I)首先按含钙量较低的Al_13Si合金总质量的0.2%准备好六1-2.5%?中间合金，并预热至150°C;
[0018](2)将含钙量较低的Al-13Si合金熔化，并将熔体温度升至760 °C，加入经过预热的
0.2%的Al-2.5 %P中间合金，保温10分钟使其溶解和反应，保温过程中轻微搅拌熔体；
[0019](3)向熔体中吹入经干燥处理过的高纯氩气进行精炼，精炼时间5分钟；
[0020](4)精炼处理结束后将表层浮渣清除。
[0021 ]按照上述工艺方法进行除|丐，合金其|丐含量按质量百分比从31ppm减少至2ppm。
[0022]实施例2
[0023](I)首先按含钙量较低的Al-HSi合金总质量的0.2 %准备好A1-3.0 %P中间合金，并预热至150°C;
[0024](2)将含钙量较低的Al-14Si合金熔化，并将熔体温度升至770 °C，加入经过预热的
0.2 %的A1-3.0 % P中间合金，保温12分钟使其溶解和反应，保温过程中轻微搅拌熔体；
[0025](3)向熔体中吹入经干燥处理过的高纯氩气进行精炼，精炼时间8分钟；
[0026](4)精炼处理结束后将表层浮渣清除。
[0027]按照上述工艺方法进行除|丐，合金其|丐含量按质量百分比从57ppm减少至3ppm。
[0028]实施例3
[0029](I)首先按含一定量钙的Al-16Si合金总质量的I %准备好Al_3.5 %P中间合金，并预热至150°C;
[0030](2)将含一定量钙的Al-16Si合金熔化，并将熔体温度升至800°C，加入经过预热的I %的A1-3.5 % P中间合金，保温20分钟使其溶解和反应，保温过程中轻微搅拌熔体；
[0031 ] (3)向熔体中吹入经干燥处理过的高纯氩气进行精炼，精炼时间10分钟；
[0032](4)精炼处理结束后将表层浮渣清除。
[0033]按照上述工艺方法进行除|丐，合金其|丐含量按质量百分比从163ppm减少至8ppm。
[0034]实施例4
[0035](I)首先按含钙量较高的Al-18Si合金总质量的1%准备好A1-5.0%P中间合金，并预热至150°C;
[0036](2)将含钙量较高的Al_18Si合金熔化，并将熔体温度升至820°C，加入经过预热的I %的A1-5.0 % P中间合金，保温30分钟使其溶解和反应，保温过程中轻微搅拌熔体；
[0037](3)向熔体中吹入经干燥处理过的高纯氩气进行精炼，精炼时间18分钟；
[0038](4)精炼处理结束后将表层浮渣清除。
[0039]按照上述工艺方法进行除|丐，合金其|丐含量按质量百分比从238ppm减少至2ppm。
[0040]实施例5
[0041 ] (I)首先按含钙量较高的Al-25Si合金总质量的I %准备好Al_5.5 %P中间合金，并预热至150°C;
[0042](2)将含钙量较高的Al_25Si合金熔化，并将熔体温度升至850°C，加入经过预热的I %的A1-5.5 % P中间合金，保温40分钟使其溶解和反应，保温过程中轻微搅拌熔体；
[0043 ] (3)向熔体中吹入经干燥处理过的高纯氩气进行精炼，精炼时间20分钟；
[0044](4)精炼处理结束后将表层浮渣清除。
[0045]按照上述工艺方法进行除妈，合金其妈含量按质量百分比从293ppm减少至6ppm。
【主权项】
1.一种铝-硅系合金用除钙方法，其特征是以铝-磷中间合金为除钙剂，结合高纯氩气精炼进行除钙;铝-磷中间合金中磷的质量百分比为2.5-5.5%，杂质<0.5%，磷以弥散分布的AlP粒子形式存在;将铝-磷中间合金加入铝-硅系合金熔体中后，释放出的AlP粒子及其溶解形成的AlP团簇与铝-硅系合金熔体中的钙反应生成富钙磷化物，通过氩气精炼将富钙磷化物从铝-硅系合金熔体中除去。2.根据权利要求1所述的一种铝-硅系合金用除钙方法，其特征是包括以下步骤: (1)首先按含钙铝-硅系合金总质量的0.2-1.0%准备好铝-磷中间合金，并预热至150°C； (2)将含钙铝-硅系合金熔化并升温至750-850°C，加入经过预热的铝-磷中间合金，保温10-45分钟使其溶解和反应，保温过程轻微搅拌熔体以保证溶解与反应过程充分进行； (3)向熔体中吹入经干燥处理过的高纯氩气进行精炼，精炼时间为5-20分钟； (4)精炼处理结束后将熔体表层浮渣清除。
【专利摘要】本发明属金属材料领域，涉及一种铝?硅系合金用除钙方法。本发明所述除钙方法，是以铝?磷中间合金为除钙剂，结合氩气精炼进行除钙。其中铝?磷中间合金中的磷含量为2.5?5.5％，杂质≤0.5％，磷以弥散分布的AlP粒子形式存在。其除钙工艺为：将需要除钙的铝?硅系合金熔化并升温至750?850℃，加入经过预热的铝?磷中间合金，保温10?45分钟使其溶解和反应，保温过程中轻微搅拌熔体以加速AlP溶解和反应；然后，向熔体中吹入高纯氩气进行精炼，精炼时间5?20分钟，精炼处理结束后将表层浮渣清除，即可使铝?硅系合金中的钙杂质显著降低。该除钙方法具有高效、环保、工艺简便等优点。
【IPC分类】C22C1/06, C22C21/02
【公开号】CN105714144
【申请号】CN201610213001
【发明人】刘相法, 蒋伟, 胡恺琪, 武玉英, 姚涛
【申请人】山东大学, 日照金港活塞有限公司