专利名称：一种过共晶铝硅合金变质剂及其制备方法
技术领域：
一种过共晶铝硅合金变质剂及其制备方法，涉及一种用于细化过共晶铝硅合金的新型变质剂及其制备方法。
背景技术：
过共晶型铝硅合金含硅量高达17%16%，是一种复合良好的自生硅颗粒增强基复合材料，因其合金密度小，线膨胀系数低，抗磨性好，体积稳定性高及铸造性能好等诸多优点，在工业上得到越来越广阔的发展。特别是随着大功率高压内燃机的出现，过共晶铝硅合金成为大家关注的焦点。由于过共晶铝硅合金中初生硅容易呈粗大的板块状和五瓣星状， 恶化了合金的性能，因此细化初生硅成为改善合金力学性能的重要途径。目前国内外大多采用含磷类变质剂来细化初晶硅，最早采用的是赤磷。虽然细化效果比较明显，但是由于磷的燃点低，不便于运输，且在高温时反应剧烈，吸收率低，反应过程中发出大量的有毒气体，污染环境，因此赤磷逐渐被淘汰。随后出现了一种含磷的中间合金，比如含Cu的活塞合金中就采用Cu-P变质剂。这种中间合金优点是方便运输，污染少， 变质效果明显，但是由于其变质温度比较高，难熔，易产生偏析，且制备需要能耗大，增加了 Cu等元素，限制了一些合金的使用。于是，一些厂家开始用含磷的化合物来变质初晶硅，如 P205+A1P04、氟钛酸钾、氯化钠等的化合物，这些化合物虽然变质效果良好，但是变质过程中产生很多渣和烟气，污染环境，且变质不稳定，不利于工业生产。近年来，国内一些专家研制出AlP合金，如山东大学刘相法(专利批准号CN1410565)研制出《一种铝磷中间合金及其制备方法》，这种物质变质效果好，添加量小，稳定且污染小，但是由于其制备过程复杂，价格昂贵，且有剧毒，存在很大的安全问题，因此其应用也受到很大程度的限制。
发明内容
本发明目的在于克服上述已有技术存在的不足，提供一种绿色、无污染、高效、稳定，成本低廉的过共晶铝硅合金变质剂及其制备方法。一种过共晶铝硅合金变质剂，其特征在于其过共晶铝硅合金变质剂的质量百分比为Al 10% 50%、P :1% 10%、Cu :20% 50%、Fe < 0. 5%、Re < 0. 5%、其他< 0. 5%。本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于其制备过程的步骤依次包括
(1)制备Al-Cu-P复合粉末，
(2)将Al-Cu-P复合粉末模具中压制成型；
(3)将成型的Al-Cu-P进行烧结，制成过共晶铝硅合金变质剂。本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤(1)制备Al-Cu-P复合粉末过程是将100 300目的Al粉、Cu粉和P粉或CuP粉，按过共晶铝硅合金变质剂比例加入球磨罐，按球料比为5 20:1的比例加入不锈钢球，然后通入氩气保护气氛，在行星式球磨机上球磨，球磨转速为60 150r/min，每30min换向一次，球磨时间为广4h ；待冷却后用筛网筛好后在真空环境下保存。本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)将 Al-Cu-P复合粉末模具中压制成型过程是将制备好的Al-Cu-P粉末放入模具中缓慢加压至 5(Γ100ΚΝ，保压5 IOmin后，脱模后密封保存。本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤(3)将成型的Al-Cu-P进行烧结过程是将压制好的Al-Cu-P块放入真空烧结炉中烧结，烧结温度为400 550°C，烧结时间为1 3h，在真空下随炉冷却至室温。本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂，采用机械合金化和粉末烧结的形式，使之形成AlP这种物质，由于AlP粒子和Si都是金刚石型晶体结构，且晶格常数相近，因此凝固时AlP可以作为异质核心，从而细化初晶硅，使初晶硅有原来的100 μ m细化到25 μ m左右。本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂，添加量少，变质时间短，变质温度低，可以实现在线变质，并且加入时无烟气和渣产生，磷吸收率高，这样降低了生产成本，减少了环境污染，简化了生产工艺，改善了工作环境，是一种真正绿色、环保、高效的新型变质剂。具有良好的经济效益，以及良好的推广价值和应用前景。
图1是含硅为17. 1%的过共晶铝硅合金没有通过变质处理，780°C下金属模具浇注，铸态组织金相照片。图2是含硅为17. 1%的过共晶铝硅合金在800°C加入工厂用普通铜磷变质剂，变质 30min，780°C下金属模具浇注，铸态组织金相照片。图3是含硅为17. 1%的过共晶铝硅合金在780°C下加入本发明所制备的变质剂，变质30min，780°C金属模具浇注，铸态组织金相照片。
具体实施例方式一种过共晶铝硅合金变质剂，其过共晶铝硅合金变质剂的质量百分比为A1 10% 50%、P :1% 10%、Cu :209T50%、Fe :< 0. 5%、Re :< 0. 5%、其他< 0. 5%。其制备步骤对粉末球磨或机械合金化、压制、烧结；其特征在于将100 300目的Al粉和Cu粉、P粉(或 CuP粉)在保护气氛下，按球料比为5 20:1的比例加入不锈钢球，在60 150r/min转速下通过球磨机进行球磨，使之充分机械合金化。采用粉末冶金的方法，在5(Γ100ΚΝ下通过模具压制和真空炉烧结的方式使之能够生成AlP粒子从而变质过共晶铝硅合金。实施例1
(1)将200目左右的Al粉和CuP粉(含1 磷)按1:1的比例添加入球磨罐，然后加入不锈钢球，其中球料比按10:1的比例添加，将真空球磨罐进气口通入氩气，流速为0. 5L/ min排净空气后，拧紧出气口，再通入2min，此时拧紧进气口。置于行星式球磨机上，转速为 70r/min，每隔30min换向一次，球磨时间3h，待冷却后打开球磨罐，用筛网筛好，用真空袋包装好。(2)将模具涂好脱模剂后，风干，将球磨好的粉末置于直径^30mm的金属圆筒模具中，预压充分后，加压至80ΚΝ，在80ΚΝ压力下保压5min，换向同样在80KN压力下进行双面压制，缓慢卸掉压力，退模，取出压制好的块，用真空袋包装好防止氧化。
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(3)将压制好的Al-Cu-P压块置于真空烧结炉中，抽真空度为0.09KPa，分阶段升温至500°C，保温lh，然后在真空下随炉冷却至室温，得到所需Al-Cu-P变质剂。实施例2
(1)将50%的Al粉、40%Cu粉和10%的P粉添加入球磨罐，其粒度均为300目左右，然后按20:1的球料比添加钢球，将真空球磨罐进气口通入氩气，流速为0. 5L/min大约^iin 后，拧紧出气口，再通入2min，此时拧紧进气口。置于行星式球磨机上，转速为90r/min，每隔30min换向一次，球磨时间池，待冷却后打开球磨罐，用筛网筛好，用真空袋包装好。(2)涂好脱模剂后，风干，将球磨好的粉末置于直径^30mm的金属圆筒模具中，预压充分后，加压至70ΚΝ，在70ΚΝ压力下保压8min，换向同样在70KN压力下进行双面压制， 缓慢卸掉压力，退模，取出压制好的块，用真空袋包装好防止氧化。(3)将压制好的Al-Cu-P压块置于真空烧结炉中，关好炉门，充入惰性气体，分阶段升温至500°C，保温lh，然后在真空下随炉冷却至室温，得到所需Al-Cu-P变质剂。实施例3
(1)将40%的Al粉和60%CuP粉(含8%磷)添加入球磨罐，其粒度为200目左右，然后加入不锈钢球，按10 1的球料比添加钢球，将真空球磨罐进气口通入氩气，流速为0. 5L/ min大约;3min后，拧紧出气口，再通入2min，此时拧紧进气口。置于行星式球磨机上，转速为lOOr/min，每隔30min换向一次，球磨时间2h，待冷却后打开球磨罐，用筛网筛好，用真空袋包装好。(2)涂好脱模剂后，风干，将球磨好的粉末置于直径^30mm的金属圆筒模具中，预压充分后，加压至70ΚΝ，在70ΚΝ压力下保压8min，换向同样在70KN压力下进行双面压制， 缓慢卸掉压力，退模，取出压制好的块，用真空袋包装好防止氧化。(3)将压制好的Al-Cu-P压块置于真空烧结炉中，关好炉门，抽真空至真空度表为 0. 09KPa,分阶段升温至500°C，保温lh，然后在真空下随炉冷却至室温，得到所需Al-Cu-P 变质剂。实施例4
(1)将30%的Al粉和70%CuP粉(含10%磷)添加入球磨罐，其粒度为100目左右，然后加入不锈钢球，其中球料比按5:1的比例添加，将真空球磨罐进气口通入氩气，流速为0. 5L/ min排净空气后，拧紧出气口，再通入2min，此时拧紧进气口。置于行星式球磨机上，转速为 120r/min，每隔30min换向一次，球磨时间池，待冷却后打开球磨罐，用筛网筛好，用真空袋包装好。(2)涂好脱模剂后，风干，将球磨好的粉末置于直径Φ30的金属圆筒模具中，预压充分后，加压至65KN，在65KN压力下保压IOmin，换向同样在65KN压力下进行双面压制，缓慢卸掉压力，退模，取出压制好的块，用真空袋包装好防止氧化。(3)将压制好的Al-Cu-P压块置于真空烧结炉中，抽真空度为0. 09KPa,分阶段升温至500°C，保温lh，然后在真空下随炉冷却至室温，得到所需Al-Cu-P变质剂。
权利要求
1.一种过共晶铝硅合金变质剂，其特征在于其过共晶铝硅合金变质剂的质量百分比为Al 10% 50%、P :1% 10%、Cu :20% 50%、Fe :< 0. 5%、Re :< 0. 5%、其他< 0. 5%。
2.根据权利要求1所述的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于其制备过程的步骤依次包括(1)制备Al-Cu-P复合粉末，(2)将Al-Cu-P复合粉末模具中压制成型；(3)将成型的Al-Cu-P进行烧结，制成过共晶铝硅合金变质剂。
3.根据权利要求2所述的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤(1)制备Al-Cu-P复合粉末过程是将100 300目的Al粉、Cu粉和P粉或CuP粉，按过共晶铝硅合金变质剂比例加入球磨罐，按球料比为5 20:1的比例加入不锈钢球，然后通入氩气保护气氛，在行星式球磨机上球磨，球磨转速为60 150r/min，每30min换向一次，球磨时间为广4h ；待冷却后用筛网筛好后在真空环境下保存。
4.根据权利要求2所述的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)将Al-Cu-P复合粉末模具中压制成型过程是将制备好的Al-Cu-P粉末放入模具中缓慢加压至5(Γ100ΚΝ，保压5 IOmin后，脱模后密封保存。
5.根据权利要求2所述的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤(3 )将成型的Al-Cu-P进行烧结过程是将压制好的Al-Cu-P块放入真空烧结炉中烧结， 烧结温度为400 550°C，烧结时间为1 池，在真空下随炉冷却至室温。
全文摘要
一种过共晶铝硅合金变质剂及其制备方法，涉及一种用于细化过共晶铝硅合金的新型变质剂及其制备方法。其特征在于其过共晶铝硅合金变质剂的质量百分比为Al10%~50%、P1%~10%、Cu20%~50%、Fe＜0.5%、Re＜0.5%、其他＜0.5%；其制备过程的步骤依次包括(1)制备Al-Cu-P复合粉末；(2)将Al-Cu-P复合粉末模具中压制成型；(3)将成型的Al-Cu-P进行烧结，制成过共晶铝硅合金变质剂。本发明所制备的变质剂，变质温度低，变质时间短，可以实现在线变质，添加量少，并且加入时无烟气产生，磷吸收率高，污染性气体少，生产工艺简单，经济效益明显，是一种绿色、无污染、高效、稳定，成本低廉的新型过共晶铝硅合金变质剂。
文档编号C22C30/02GK102560221SQ201110372148
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者张道, 朱君罡, 王松森, 肖阳 申请人:中国铝业股份有限公司