专利名称：一种铝-镁-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变质镁-硅系及铝-镁-硅系合金中的相的铝-镁-磷中间合金及其制备方法。
背景技术：
颗粒增强复合材料由于具有密度低、铸造性能优异和耐磨性好等一系列优点，而得到广泛关注，具有潜在的应用前景。金属间化合物Mg2Si作为高温强化相，能够显著提高合金的高温抗蠕变性能，因而在铝合金及镁合金中受到越来越多的重视。但在普通铸造条件下，Mg2Si相十分粗大，且在其尖端和棱角处引起应力集中，严重地割裂基体，并容易沿晶界处或板状Mg2Si本身开裂而形成裂纹，力学性能特别是伸长率显著降低，切削加工性能也变差。因此，对Mg2Si相进行细化处理成为改善合金性能的关键。目前，主要是采用添加形核剂或变质剂的方法来细化Al-Mg2Si及Mg-Mg2Si合金中的初晶Mg2Si相。例如，向熔体中添加氟钛酸钾、氟硼酸钾、Bi、Sb、RE和Sr等。但添加氟钛酸钾、氟硼酸钾过程中会释放大量有害气体，严重污染环境；而Bi、Sb、RE、Sr等元素， 不仅价格高，而且密度大，易偏析，导致初晶Mg2Si相粗大化；磷对Mg2Si相有显著的细化变质作用，然而磷的燃点低，直接加磷单质会造成磷的烧损并产生大量P2O5有毒气体，污染环境。因此，需将磷做成中间合金的形式加入到该熔体中。专利申请号为200610042395. 7的中国专利报道了一种P-Si中间合金，但该中间合金熔点过高，变质过程中很难溶解到金属液中，尤其在镁合金中，变质温度过高则会造成镁的烧损。专利2007103003 . X中涉及含磷锌基中间合金，但中间合金中含有大量Si，相对于镁熔体密度太大，容易在熔体中造成沉降产生偏析，导致变质效果不稳定，且只适用于含锌镁合金。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种熔点低、无污染、适合细化变质镁-硅系及铝-镁-硅系合金中的Mg2Si相的铝-镁-磷中间合金及其制备方法，解决Mg-Si系及Al-Mg-Si系合金的脆性大、易裂纹、难加工等问题。本发明是通过以下技术方案实现的一种铝-镁-磷中间合金，其特征是所含组分的质量百分比为铝72.0 90.0%， 镁5. 0 25. 0%，磷1. 0 6. 0% ；磷元素以Mg3P2、AlP或(Al，Mg，P)三元过渡相形式存在于中间合金中。上述铝-镁-磷中间合金的制备方法，是通过以下步骤实现(1)按质量百分比工业纯镁3.0 20.0%，铝-磷中间合金13. 3 80.0%，其余为工业纯铝，其中铝-磷中间合金的含磷量为5. 0 8. 0% ；准备好制备铝-镁-磷中间合金所需的原料(2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至800°C 1100°C，先加入铝-磷中间合金，待完全熔化后搅拌均勻，再将工业纯镁压入熔体并保温5 25分钟；
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(3)反应完全并搅拌均勻后直接浇注成锭或制备成线材。上述为铝-镁-磷中间合金的制备方法，其特征步骤(1)中，铝-磷中间合金的含磷量为5. 0 8. 0%。与其它的含磷中间合金相比，其中的磷元素以ife3P2、AlP或(Al，Mg，P)三元过渡相形式存在于中间合金体系中；当中间合金加入到合金熔体中后，合金中预先存在的富磷颗粒会首先分散熔解，并根据周围环境与熔体发生化学反应，原位生成细小的有效的形核粒子，为Mg2Si相提供异质形核衬底，从而达到良好细化效果。该中间合金具有熔点低、加入量少、变质效果稳定长效等优点，可使初晶Ife2Si尺寸由ΙΟΟμπι以上细化至15μπι以下，可显著提高合金的力学性能，是一种高效环保型中间合金。具有重要的推广应用价值。
具体实施例方式下面给出本发明的三个最佳实施例。实施例1(1)按工业纯铝41.0%、铝-磷中间合金50.0%、工业纯镁9.0%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800°C 1000°C，先加入铝-磷中间合金，待完全熔化搅拌10 20分钟后，再将工业纯镁锭压入铝熔体中保温5 25分钟。(3)反应完全并搅拌均勻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镁7. 5 8. 5，磷3. 5 3. 8，其余为铝。实施例2(1)按工业纯铝40.0%、铝-磷中间合金35.0%、工业纯镁25.0%的质量百分比称取原料，其中铝-磷中间合金的含磷量为6%。(2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至900°C 1100°C，先加入铝-磷中间合金，待完全熔化搅拌10 20分钟后，再将工业纯镁锭压入铝熔体中保温5 25分钟。(3)反应完全并搅拌均勻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镁21. 5 22. 5，磷1. 9 2. 1，其余为铝。实施例3(1)按工业纯铝8.0%、铝-磷中间合金78.0%、工业纯镁18%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800°C 1100°C，先加入铝-磷中间合金，待完全熔化搅拌10 20分钟后，再将工业纯镁锭压入铝熔体中保温5 25分钟。(3)反应完全并搅拌均勻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-镁-磷中间合金，其化学成分的质量百分比为镁 16. 5 17. 5，磷4. 2 4. 8，其余为铝。
权利要求
1.一种铝-镁-磷中间合金，其特征是所含组分的质量百分比为铝72. 0 90. 0%， 镁5. 0 25. 0%，磷1. 0 6. 0% ；磷元素是以Mg3P2、AlP或(Al，Mg，P)三元过渡相形式存在于中间合金中。
2.—种铝-镁-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-镁-磷中间合金所需的原料工业纯镁 8. 0 30. 0%，铝-磷中间合金30. 0 92. 0%，其余为工业纯铝；(2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至800°C 1100°C，先加入铝-磷中间合金，待完全熔化后搅拌均勻，再将工业纯镁压入熔体内部保温5 25分钟；(3)待反应完全并搅拌均勻后直接浇注成锭或制备成线材。
3.根据权利要求2所述铝-镁-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5. 0 8. 0%。
全文摘要
本发明属金属材料领域，涉及一种用于细化变质镁-硅系及铝-镁-硅系合金中的初/共晶Mg2Si相的铝-镁-磷中间合金及其制备方法。在该中间合金体系中，P元素以AlP、Mg3P2或(Al，Mg，P)三元过渡相形式存在。该合金化学组成按质量百分比为铝72.0～90.0％，镁5.0～25.0％，磷1.0～6.0％。主要制备步骤是按质量比例准备好工业纯铝、铝-磷中间合金及工业纯镁；首先在熔炼炉中将工业纯铝熔化至800℃～1100℃保温，然后加入铝-磷中间合金，待完全熔化后搅拌均匀，再将工业纯镁压入熔体内部保温5～25分钟，待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-镁-磷中间合金具有良好的细化效果，且能显著提高合金的性能。
文档编号C22C21/06GK102329998SQ201110264218
公开日2012年1月25日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者侯静, 刘相法, 李冲, 李大奎 申请人:山东大学