CN100532597C - 一种过共晶铝硅合金的磷变质剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种过共晶铝硅合金的磷变质剂，其特征在于变质剂由质量百分比组成为1%～30%磷粉、1%～50%铝粉、5%～40%氯化物、1%～20%氟化物，经球磨混均后，压制成块的块状变质剂。本发明的变质剂适用于过共晶铝硅合金的变质处理，很好地解决了过共晶铝硅合金生产中的关键问题，明显减少了磷变质剂压入时放出的烟气，缩短了加料时间，减小渣量；提高了磷变质剂的吸收率，减少了原料消耗；减小污染，减少废弃物排放；稳定生产，减化操作过程，降低加入温度，改善工作环境。具有良好的社会和经济效益，及良好的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种过共晶铝硅合金的磷变质剂。
背景技术
过共晶铝硅合金是目前最有应用潜力的铸造铝合金。由于线膨胀系数小，密度轻，具有良好的流动性、抗热裂性，优良的耐磨、耐蚀性能，过共晶铝硅合金是制造内燃机活塞、汽车斜盘式压缩机用斜盘和活塞的优质材料。然而，该合金原始铸造组织中的初生Si相粗大，呈板片状、多角状、五瓣星状，严重割裂基体组织，不仅严重降低了合金的力学性能，还恶化了合金的铸造性能，影响了该合金的实用化进程。
磷进行变质是迄今为止最常用和有效的解决方法，采用磷类变质剂不仅可以细化初晶Si，同时还可以使Al-Si合金的共晶点左移，增加初晶Si数量。目前国内外主要应用的磷类变质剂有赤磷、磷盐复合变质剂和Cu-P(含8％-10％P)中间合金等，工业上常用赤磷变质。
专利CN 1540011制备了一种含锰、铋、银等重金属的铜-磷中间合金；专利CN 1410565A及CN 1540011将磷、铝、铜-磷中间合金及磷化铝等在700℃～1000℃下熔化，制备了含铜的铝-磷中间合金。专利CN 1308142把10～30％磷、10～40％锶及5～40％氧，以单质或盐的形式经烘干、机械混合后待用；专利CN1584085A采用压块的方法，制备了含磷、钛、碳化钛及钇的过共晶铝硅合金的复合变质剂。
然而，上述变质剂在使用过程中存在诸多问题：
(1)赤磷复合变质剂，由于磷的燃点和升华温度低，运输和保存过程中存在安全隐患；加入过程中反应剧烈，产生有毒五氧化二磷气体，污染环境；磷的吸收率低，且难以控制；经压块后压入熔体，虽反应较平稳，但仍会冒出大量烟气，致使吸收率低，污染大。
(2)磷盐复合变质剂，也产生有害气体，环境污染较严重；产生大量反应渣，腐蚀炉衬，增加铝耗；磷的吸收率受工艺条件限制，变质效果不稳定，废品率高。
(3)含磷中间合金，如Cu-P-(X)，熔点高，加入后难熔化；密度大，易偏析；不适合静置炉生产(国内生产状况)，仅适合感应炉生产；流程长，能耗高；增加合金中的Cu及P以外其他元素的含量，限制了所用合金的牌号。
(4)采用巨毒药品AlP做原料，生产过程存在一定的安全问题。
(5)变质剂加入温度较高，通常在800℃以上，能源消耗高。
磷变质过共晶铝硅合金的细化机理已达成共识，是由于高熔点(约2540℃)的AlP(Al[1]+P[1]→AlP[s])与硅同为立方晶体，晶格常数极其相近，可作为优异的初晶硅异质形核质点，细化初晶硅。因此近年来，日本和德国研制了含有AlP预制晶核的Al-Cu-P中间合金，它们通过粉末冶金法成型，然后热挤压成杆状，在铸锭铸造和半连续水冷铸造期间，可以像Al-Ti-B丝那样，在正常的铸造温度下连续地加在流槽中，无污染，工艺简单，变质效果良好，但同样存在上述问题。国内也有人采用巨毒药品AlP做原料，研制含有AlP预制晶核的Al-P中间合金，生产过程存在一定的安全问题。
发明内容
本发明旨在克服上述技术的不足，提供一种高效、简便、低成本、“绿色”的过共晶铝硅合金的磷变质剂。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种过共晶铝硅合金的磷变质剂，其特征在于变质剂由质量百分比组成为1％～30％磷粉、1％～50％铝粉、5％～40％氯化物、1％～20％氟化物，经球磨混均后，压制成块的块状变质剂。
本发明的一种过共晶铝硅合金的磷变质剂，其特征在于所述的氯化物为氯化钾或氯化钠。
本发明的一种过共晶铝硅合金的磷变质剂，其特征在于所述的氟化物为氟化钾、氟化钠、氟硼酸钾、氟硼酸钠、氟钛酸钾、氟钛酸钠、氟铝酸钾、氟铝酸钠中的一种。
本发明在赤磷中添加铝粉，并采用球磨的方法，提高磷的表面活性，增加磷与铝的接触，加快磷与铝的互溶/反应速度，使其形成少量AlP预制晶核，从而降低变质剂加入温度，提高磷吸收率，减小污染。
本发明的一种过共晶铝硅合金的磷变质剂的制备方法，其特征在于将所述组成的变质剂粉末混合后，放入球磨机中球磨5～600分钟，在0.1～1兆帕压力下压制成块。使用时采用压板或压勺直接压入铝硅合金熔体即可。
本发明的一种过共晶铝硅合金的磷变质剂的制备方法，其特征在于所述的球磨过程采用惰性气体保护或抽真空防护，以防止球磨过程中原料氧化。
采用本发明的磷变质剂可变质硅含量12％～31％的过共晶铝硅合金，磷的吸收率可由10％左右提高到近30％，变质效果良好，初晶硅平均尺寸达到15～45μm，分布均匀。
本发明适用于过共晶铝硅合金的变质处理，很好地解决了过共晶铝硅合金生产中的关键问题，明显减少磷变质剂加入时放出的烟气，缩短加料时间；降低加入温度，提高磷变质剂的吸收率，减少原料消耗，降低成本；减小污染，减少废弃物排放；稳定生产，减化操作过程，改善工作环境。具有良好的社会和经济效益，及良好的推广应用价值。
具体实施方式
一种过共晶铝硅合金的磷变质剂，其特征在于变质剂由质量百分比组成为1％～30％磷粉、1％～50％铝粉、5％～40％氯化物、1％～20％氟化物，经球磨混均后，压制成块的块状变质剂；所述的氯化物为氯化钾或氯化钠；所述的氟化物为氟化钾、氟化钠、氟硼酸钾、氟硼酸钠、氟钛酸钾、氟钛酸钠、氟铝酸钾、氟铝酸钠中的一种。制备时，将所述组成的变质剂粉末混合后，放入球磨机中球磨5～600分钟，在0.1～1兆帕压力下压制成块。使用时采用压板或压勺直接压入铝硅合金熔体即可。
实施例1
按以下步骤制取磷变质剂并用于过共晶铝硅合金的变质处理：
(1)称取原料磷粉40克，铝粉40克，氯化钠80克，氟化钾20克；
(2)把以上原料加入真空球磨罐中，球料比3：1，打开阀门，通入氩气2分钟，流量0.6升/分钟，关闭阀门；
(3)置于行星式球磨机中，转速180转/分，球磨时间45分钟，运行周期1分钟，正反双向转动，待冷至室温后取出；
(4)打开真空球磨罐放气阀门，待罐内外气压相近时，打开罐盖，取出粉末，放入模子中，置于压力机上，以0.4～1兆帕压力下压成块状，放入干燥器中保存待用；
(5)将20公斤调整好成份的过共晶铝硅合金ZL117升温至约760℃，压入块状变质剂，待变质剂充分熔化后，搅拌，静置，半小时后取样分析，初晶硅平均尺寸30μm，一个视野里超过50μm小于70μm的不超过1个。检验合格后，浇铸成所需的铸锭。
实施例2
按以下步骤制取磷变质剂并用于过共晶铝硅合金的变质处理：
(1)称取原料磷粉300克，铝粉300克；
(2)把以上原料放入球磨机中，球料比2：1，通入氩气2分钟，流量1升/分钟，盖上盖子；
(3)转速80转/分，球磨时间200分钟，每运行10分钟，停止2分钟，单向运动，待冷至室温后取出；
(4)打开罐盖，取粉末80克，加入氯化钠80克，氟钛酸钾10克，氟铝酸钠10克，混合均匀后，放入模子，置于压力机上，以0.5兆帕压力下压成块状，放入干燥器中保存待用；
(5)将20公斤调整好成份的过共晶铝硅合金ZL117升温至约780℃，压入块状变质剂，待变质剂充分熔化后，搅拌，静置，半小时后取样分析，初晶硅平均尺寸25μm，视野里无大于50μm的初晶硅。此检验合格后，浇铸成所需的铸锭。
实施例3
按以下步骤制取磷变质剂并用于过共晶铝硅合金的变质处理：
(1)称取原料磷粉60克，铝粉70克，氯化钠60克，氟化钾5克，氟钛酸钾5克；
(2)把以上原料加入真空球磨罐中，球料比10：1，打开阀门，通入氩气2分钟，流量0.6升/分钟，关闭阀门；
(3)置于行星式球磨机中，转速200转/分，球磨时间15分钟，运行周期1分钟，正反双向转动，待冷至室温后取出；
(4)打开真空球磨罐放气阀门，待罐内外气压相近时，打开罐盖，取出粉末，放入模子中，置于压力机上，以1兆帕压力下压成块状，放入干燥器中保存待用；
(5)将20公斤调整好成份的过共晶铝硅合金ZL117升温至约780℃，压入块状变质剂，待变质剂充分熔化后，搅拌，静置，半小时后取样分析，初晶硅平均尺寸30μm，一个视野里超过50μm小于70μm的不超过1个。检验合格后，浇成所需的铸锭。
实施例4
按以下步骤制取磷变质剂并用于过共晶铝硅合金的变质处理：
(1)称取原料磷粉5克，铝粉150克，氯化钠250克；
(2)把以上原料加入球磨机中，球料比3：1，打开阀门，通入氩气2分钟，流量0.2升/分钟，盖上盖子；
(3)转速100转/分，每运行15分钟，停止3分钟，球磨时间600分钟，正反双向转动，待冷至室温后取出；
(4)打开罐盖，取出粉末，加入氟化钾25克，氟铝酸钾25克，氟钛酸钾30克，氟硼酸钾15克，混合均匀，放入模子中，置于压力机上，以1兆帕压力下压成块状，放入干燥器中保存待用；
(5)将2公斤调整好成份的过共晶铝硅合金ZL117升温至约770℃，压入块状变质剂，待变质剂充分熔化后，搅拌，静置，半小时后取样分析，初晶硅平均尺寸30μm，一个视野里超过50μm小于70μm的不超过1个。检验合格后，浇铸成所需的铸锭。
实施例5
按以下步骤制取磷变质剂并用于过共晶铝硅合金的变质处理：
(1)称取原料磷粉20克，铝粉80克，氯化钠60克，氟化钾10克，氟铝酸钾10克，氟钛酸钾6克；
(2)把以上原料加入球磨机中，球料比6：1，打开阀门，通入氩气2分钟，流量0.2升/分钟，盖上盖子；
(3)转速100转/分，每运行15分钟，停止3分钟，球磨时间90分钟，正反双向转动，待冷至室温后取出；
(4)打开罐盖，取出粉末，加入氟化钾10克，氟铝酸钾10克，氟钛酸钾6克，碳化钙4克，混合均匀，放入模子中，置于压力机上，以0.5兆帕压力下压成块状，放入干燥器中保存待用；
(5)将10公斤调整好成份的过共晶铝硅合金ZL117升温至约780℃，压入块状变质剂，待变质剂充分熔化后，搅拌，静置，半小时后取样分析，初晶硅平均尺寸30μm，一个视野里超过50μm小于70μm的不超过1个。检验合格后，浇铸成所需的铸锭。
Claims (2)
1.一种过共晶铝硅合金的磷变质剂，其特征在于变质剂由质量百分比组成为1％～30％磷粉、1％～50％铝粉、5％～40％为氯化钾或氯化钠的氯化物、1％～20％为氟化钾、氟化钠、氟硼酸钾、氟硼酸钠、氟钛酸钾、氟钛酸钠、氟铝酸钾、氯铝酸钠中一种的氟化物，经球磨混均后，压制成块的块状变质剂，球磨过程采用惰性气体保护或抽真空防护。
2.根据权利要求1所述的一种过共晶铝硅合金的磷变质剂，其特征在于将所述组成的变质剂粉末混合后，放入球磨机中球磨5～600分钟，在0.1～1兆帕压力下压制成块。
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