一种高纯AlSi14A合金及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高纯AlSil4A合金及其制备工艺，属于铝合金材料领域。
【背景技术】
[0002] 铝硅合金是一种以铝、硅为主成分的锻造和铸造合金。同时加入少量铜、铁、镍可 以提高强度，硅含量较低时，铝硅合金的延展性较好，常用来做变形铝合金;硅含量较高时 (比如7%)，铝硅合金熔体的填充性较好，常用来做铸造合金。在含硅量超过Al-Si共晶点 (3112.6%)的铝硅合金中，硅颗粒含量高达14.5%-25%时，再加入一定量的附、〇1、1%等元素 能改善其综合性能。
[0003] Si含量为12.5%的Al-Si合金在冷却到一定温度时产生二元共晶反应。Si含量2 12.5%的过共晶Al-Si合金组织中的初晶硅呈粗大的多角块状或板条状，合金强度低、塑性 差。但采用一定的工艺对其组织进行变质、细化，可使初晶硅和共晶硅改变成为软基体上分 布着的很多硬质点，显著提高过共晶Al-Si合金的耐磨性。同时与共晶Al-Si合金相比，过共 晶Al-Si合金还具有热膨胀系数小、密度小、耐腐蚀性好的特性，目前已作为生产活塞的原 材料，广泛应用于汽车、摩托车的活塞生产上。
[0004]过去，一般使用过共晶和亚共晶Al-Si铝合金锭的厂家都采用自制的生产方式，但 随着对材料性能的要求越来越高，高纯度的过共晶Al-Si合金优势越来越突出。因此，开发 高纯过共晶A1 -S i合金锭，迫在眉睫。
[0005] 传统的AlSi合金的生产技术方案：1、将熔保炉的炉门打开，把工业硅加入炉内，送 天然气进行烘烤，烘烤温度控制在690-720°C，烘烤时间不低于30分钟；2、工业硅烘烤30分 钟后按客户要求成分将所需的普铝和坩埚锭先后入炉，然后依据客户成分需求添加铝铜、 锰中间合金。3、各种合金元素物料入炉后，升温到780-820°C保温2小时，然后加入一定量降 温锭，然后搅拌铝液10-20分钟，使物料完全熔化。炉内铝液温度控制在710 °C~730°C之间。 4、 精炼之前加一定量的降温铝，然后加入Al-Sr中间合金，精炼温度控制在710°C~730°C。 5、 在精炼罐中加入熔体重量0.3%-0.5%的精炼剂，精炼剂要保证干燥，避免受潮结块。使用 喷粉精炼机进行喷粉精炼，精炼管的端部要插到炉底，精炼到每个角落，不留死角。这种技 术方案存在的缺点主要是由于工业硅的添加方式导致Si元素未能在较高温度的铝熔体中 熔化，对后续产品的内部组织影响较大，从而不能满足客户要求。
[0006] 专利《一种稀土元素镧合金化铝硅合金及制备方法》(CN201310357494.4)、《一种 稀土元素镨合金化铝硅合金及制备方法》(CN201310357779.8)、《一种稀土元素镱合金化铝 硅合金及制备方法》（CN103469026A)、《一种稀土元素钐合金化铝硅合金及制备方法》 (〇价03451489六)等系列专利，主要阐述了含51量9.0-13.5%的铝硅合金中添加一定量的各 种稀土元素制备合金的方法。由于本发明的合金产品属于高纯AlSi合金系列，对杂质元素 尤其是Fe元素含量范围要求较高，因此这些系列专利中所述合金的成分含量并不适用高纯 AlSi合金。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是克服现有的难题，提供了一种硅含量较高、共晶点温 度较低的； 本发明的另一目的是提供上述焊接用铝硅共晶合金杆的制备工艺。
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案： 一种高纯AlSil4A合金，含Si量为13-15wt%，杂质元素含量如下： Fe < 0.05wt°/〇>Mg < 0. lwt°/〇>Cu < 0.04wt°/〇>Mn < 0. lwt°/〇>Zn < 0.07wt%〇
[0009] 上述的高纯AlSil4A合金的制备工艺，采用原料包括:4N精铝锭、4N精铝液、2202工 业硅。
[0010] 优选的，所述4N精铝锭的质量满足GB/T1196-2008标准要求。
[0011] 优选的，所述2202工业硅，质量满足GB/T2881-2014标准要求。
[0012] 作为优选方案，上述的高纯AlSil4A合金的制备工艺，包括如下步骤： 1) 加入原料 原料由4N精铝锭和4N精铝液以及工业硅组成，先按比例加入60%的4N精铝锭，升温熔 化，再将工业硅铺在铝熔体表面，待硅熔化完全后，再加入40%的4N精铝液铺盖于工业硅表 面，保证工业硅的充分熔化，然后进行充分的搅拌； 2) 精炼 充分搅拌后，加入精炼剂，控制温度在710-730°C进行精炼，精炼完毕后将表面熔渣扒 除干净，静置； 3)浇涛 将步骤2)的精炼合金液进行浇铸。
[0013] 优选的，所述步骤1)中，铝熔体温度升至800°C时再加入工业硅； 优选的，所述工业硅为事先烘烤过的块状工业硅； 进一步优选的，使用叉车将烘烤过的块状工业硅铺在铝熔体表面； 进一步优选的，用渣扒把工业硅铺平，确保工业硅不要氧化。
[0014] 优选的，所述步骤1)中，采用除气效率50%以上的在线精炼设备进行精炼； 进一步优选的，精炼剂用量为3-5%。，精炼时间不少于30min。
[0015] 优选的，所述步骤1)中，采用规格2 40ppi的过滤片将表面熔渣扒除干净;优选的， 静置30min以上。
[0016] 优选的，所述步骤2)中，整个浇铸过程保证浇铸温度650-680°C。
[0017]优选的，所述步骤2)中，采用6kg铸锭机浇铸 本发明有益效果： 本发明高纯AlSi 14A合金产品的硅含量较高，共晶点温度较低为577°C，产品化学成分 满足客户要求(杂质元素 Fe含量严格控制在500ppm以内，且Si元素的均匀性良好）。
[0018]本发明制备工艺改变了传统的原料添加方式，在原料添加过程中，先加入一部分 4N精铝锭，升温熔化，待熔体温度达到800 °C时再将工业硅铺在铝熔体表面，再加入一部分 4N精铝液铺盖于工业硅表面，保证工业硅的充分熔化，保证Si元素的均匀性。其中，待熔体 温度达到800°C时再加入工业硅，使工业硅得到高温处理，保证产品的内部组织。由于Si元 素含量较高，极易偏析，本工艺适当降低浇注温度，控制浇铸温度为650-680°C。进一步的， 本工艺采用6kg铸锭机浇铸，可以降低Si元素的偏析，保证Si元素的均匀性。
[0019] 本发明制备工艺采用4N精铝锭及精铝液做原料，并采用纯度较高的2202工业硅， 确保成品合金锭产品Fe含量控制在0.05%以下。
[0020] 由于Si的密度小(2.3g/cm3)，比铝的密度小。如果添加方式方法不当，容易造成Si 上浮，造成成品硅含量不足。为了解决硅元素添加的问题，在添加过程当中，先加入一部分 4N精铝锭，升温熔化，待熔体温度达到800°C时再使用叉车将烘烤过的工业硅铺在铝熔体表 面，并用渣扒把工业硅铺平。确保工业硅不要氧化，待硅熔化完全后（铝液表面无块状物）， 再加入一部分4N精铝液铺盖于工业硅表面，保证工业硅的充分熔化。后续通过验证，使用此 方法可以使硅损失量低于0.2%。
[0021] 为了进一步说明本发明的实质，发明人进行了如下试验。
[0022] -、于用中频炉进行二炉次小型试验，拟定工艺技术参数，调整成分，根据产品中 Fe元素的含量确定所用精错原料及工业娃中Fe含量的范围要求，并验证产品中Si元素的均 匀性。结论:中频炉小型试验产品中Fe元素满足客户要求，并且Si元素均匀性较好。
[0023] 二、大炉次生产线试验，试铸三炉次，化学成分及产品外观均符合客户要求，并成 功销售20.158t。结论:客户反馈Si元素均匀性不好，