專利名稱：一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑。
背景技術(shù)：
過共晶鋁硅合金是目前最有應(yīng)用潛力的鑄造鋁合金。由于線膨脹系數(shù)小， 密度輕，具有良好的流動(dòng)性、抗熱裂性，優(yōu)良的耐磨、耐蝕性能，過共晶鋁硅合 金是制造內(nèi)燃機(jī)活塞、汽車斜盤式壓縮機(jī)用斜盤和活塞的優(yōu)質(zhì)材料。然而，該
合金原始鑄造組織中的初生Si相粗大，呈板片狀、多角狀、五瓣星狀，嚴(yán)重割
裂基體組織，不僅嚴(yán)重降低了合金的力學(xué)性能，還惡化了合金的鑄造性能，影 響了該合金的實(shí)用化進(jìn)程。
磷進(jìn)行變質(zhì)是迄今為止最常用和有效的解決方法，采用磷類變質(zhì)劑不僅可
以細(xì)化初晶Si，同時(shí)還可以使A1-Si合金的共晶點(diǎn)左移，增加初晶Si數(shù)量。目 前國(guó)內(nèi)外主要應(yīng)用的磷類變質(zhì)劑有赤磷、磷鹽復(fù)合變質(zhì)劑和Cu-P (含8%-10%P) 中間合金等，工業(yè)上常用赤磷變質(zhì)。
專利CN 1540011制備了一種含錳、鉍、銀等重金屬的銅-磷中間合金；專 利CN 1410565A及CN 1540011將磷、鋁、銅-磷中間合金及磷化鋁等在700°C 100(TC下熔化，制備了含銅的鋁-磷中間合金。專利CN 1308142把10 30%磷、 10 40%鍶及5 40%氧，以單質(zhì)或鹽的形式經(jīng)烘干、機(jī)械混合后待用；專利CN 1584085A采用壓塊的方法，制備了含磷、鈦、碳化鈦及釔的過共晶鋁硅合金的 復(fù)合變質(zhì)劑。
然而，上述變質(zhì)劑在使用過程中存在諸多問題
(1) 赤磷復(fù)合變質(zhì)劑，由于磷的燃點(diǎn)和升華溫度低，運(yùn)輸和保存過程中存 在安全隱患；加入過程中反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生有毒五氧化二磷氣體，污染環(huán)境；磷 的吸收率低，且難以控制；經(jīng)壓塊后壓入熔體，雖反應(yīng)較平穩(wěn)，但仍會(huì)冒出大 量煙氣，致使吸收率低，污染大。
(2) 磷鹽復(fù)合變質(zhì)劑，也產(chǎn)生有害氣體，環(huán)境污染較嚴(yán)重；產(chǎn)生大量反應(yīng) 渣，腐蝕爐襯，增加鋁耗；磷的吸收率受工藝條件限制，變質(zhì)效果不穩(wěn)定，廢
品率咼o
(3) 含磷中間合金，如Cu-P- (X)，熔點(diǎn)高，加入后難熔化；密度大，易 偏析；不適合靜置爐生產(chǎn)(國(guó)內(nèi)生產(chǎn)狀況)，僅適合感應(yīng)爐生產(chǎn)；流程長(zhǎng)，能耗高；增加合金中的Cll及P以外其他元素的含量，限制了所用合金的牌號(hào)。
(4) 采用巨毒藥品A1P做原料，生產(chǎn)過程存在一定的安全問題。
(5) 變質(zhì)劑加入溫度較高，通常在80(TC以上，能源消耗高。 磷變質(zhì)過共晶鋁硅合金的細(xì)化機(jī)理已達(dá)成共識(shí)，是由于高熔點(diǎn)(約2540℃)的A1P (A1[1]+P[1]—AlP[s])與硅同為立方晶體，晶格常數(shù)極其相近，可作為優(yōu) 異的初晶硅異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)，細(xì)化初晶硅。因此近年來，日本和德國(guó)研制了含有 A1P預(yù)制晶核的A1-Cu-P中間合金，它們通過粉末冶金法成型，然后熱擠壓成桿 狀，在鑄錠鑄造和半連續(xù)水冷鑄造期間，可以像A1-Ti-B絲那樣，在正常的鑄 造溫度下連續(xù)地加在流槽中，無污染，工藝簡(jiǎn)單，變質(zhì)效果良好，但同樣存在 上述問題。國(guó)內(nèi)也有人采用巨毒藥品A1P做原料，研制含有A1P預(yù)制晶核的A1-P 中間合金，生產(chǎn)過程存在一定的安全問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)的不足，提供一種高效、簡(jiǎn)便、低成本、"綠色" 的過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑，其特征在于變質(zhì)劑由質(zhì)量百分比組成為 1% 30%磷粉、1% 50%鋁粉、5% 40%氯化物、1% 20%氟化物，經(jīng)球磨混均后， 壓制成塊的塊狀變質(zhì)劑。
本發(fā)明的一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑，其特征在于所述的氯化物為氯 化鉀或氯化鈉。
本發(fā)明的一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑，其特征在于所述的氟化物為氟 化鉀、氟化鈉、氟硼酸鉀、氟硼酸鈉、氟鈦酸鉀、氟鈦酸鈉、氟鋁酸鉀、氯鋁 酸鈉中的一種。
本發(fā)明 磷中添加鋁粉，并采用球磨的方法，提高磷的表面活性，增加 磷與鋁的接觸，加快磷與鋁的互溶/反應(yīng)速度，使其形成少量A1P預(yù)制晶核，從 而降低變質(zhì)劑加入溫度，提高磷吸收率，減小污染。
本發(fā)明的一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑的制備方法，其特征在于將所述 組成的變質(zhì)劑粉末混合后，放入球磨機(jī)中球磨5 600分鐘，在1 10個(gè)大氣壓 下壓制成塊。使用時(shí)采用壓板或壓勺直接壓入鋁硅合金熔體即可。
本發(fā)明的一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑的制備方法，其特征在于所述的 球磨過程采用惰性氣體保護(hù)或抽真空防護(hù)，以防止球磨過程中原料氧化。
釆用本發(fā)明的磷變質(zhì)劑可變質(zhì)硅含量12% 31%的過共晶鋁硅合金，磷的吸
收率可由10%左右提高到近30%，變質(zhì)效果良好，初晶硅平均尺寸達(dá)到15~45 um，分布均勻。
本發(fā)明適用于過共晶鋁硅合金的變質(zhì)處理，很好地解決了過共晶鋁硅合金 生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題，明顯減少磷變質(zhì)劑加入時(shí)放出的煙氣，縮短加料時(shí)間；降 低加入溫度，提高磷變質(zhì)劑的吸收率，減少原料消耗，降低成本；減小污染， 減少?gòu)U棄物排放；穩(wěn)定生產(chǎn)，減化操作過程，改善工作環(huán)境。具有良好的社會(huì) 和經(jīng)濟(jì)效益，及良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
具體實(shí)施例方式
一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑，其特征在于變質(zhì)劑由質(zhì)量百分比組成為 1% 30%磷粉、1% 50%鋁粉、5% 40%氯化物、1% 20%氟化物，經(jīng)球磨混均后， 壓制成塊的塊狀變質(zhì)劑；所述的氯化物為氯化鉀或氯化鈉；所述的氟化物為氟 化鉀、氟化鈉、氟硼酸鉀、氟硼酸鈉、氟鈦酸鉀、氟鈦酸鈉、氟鋁酸鉀、氯鋁 酸鈉中的一種。制備時(shí)，將所述組成的變質(zhì)劑粉末混合后，放入球磨機(jī)中球磨5 600分鐘，在1 10個(gè)大氣壓下壓制成塊。使用時(shí)采用壓板或壓勺直接壓入鋁硅 合金熔體即可。
實(shí)施例1
按以下步驟制取磷變質(zhì)劑并用于過共晶鋁硅合金的變質(zhì)處理
(1) 稱取原料磷粉40克，鋁粉40克，氯化鈉80克，氟化鉀20克；
(2) 把以上原料加入真空球磨罐中，球料比3: 1，打開閥門，通入氬氣2 分鐘，流量0.6升/分鐘，關(guān)閉閥門；
(3) 置于行星式球磨機(jī)中，轉(zhuǎn)速180轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間45分鐘，運(yùn)行周期 l分鐘，正反雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，待冷至室溫后取出；
(4) 打開真空球磨罐放氣閥門，待罐內(nèi)外氣壓相近時(shí)，打開罐蓋，取出粉 末，放入模子中，置于壓力機(jī)上，以4個(gè)大氣壓的力壓成塊狀，放入 干燥器中保存待用；
(5) 將20公斤調(diào)整好成份的過共晶鋁硅合金ZL117升溫至約76(TC，壓 入塊狀變質(zhì)劑，待變質(zhì)劑充分熔化后，攪拌，靜置，半小時(shí)后取樣分 析，初晶硅平均尺寸30um， 一個(gè)視野里超過50iim小于70wm的 不超過1個(gè)。檢驗(yàn)合格后，澆鑄成所需的鑄錠。
實(shí)施例2
按以下步驟制取磷變質(zhì)劑并用于過共晶鋁硅合金的變質(zhì)處理 (1)稱取原料磷粉300克，鋁粉300克；
(2) 把以上原料放入球磨機(jī)中，球料比2: 1，通入氬氣2分鐘，流量l升/分 鐘，蓋上蓋子；
(3) 轉(zhuǎn)速80轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間200分鐘，每運(yùn)行10分鐘，停止2分鐘，單向 運(yùn)動(dòng)，待冷至室溫后取出；
(4) 打開罐蓋，取粉末80克，加入氯化鈉80克，氟鈦酸鉀10克，氟鋁酸鈉 10克，混合均勻后，放入模子，置于壓力機(jī)上，以5個(gè)大氣壓的力壓成 塊狀，放入干燥器中保存待用；
(5) 將20公斤調(diào)整好成份的過共晶鋁硅合金ZL117升溫至約78(TC，壓入塊 狀變質(zhì)劑，待變質(zhì)劑充分熔化后，攪拌，靜置，半小時(shí)后取樣分析，初 晶硅平均尺寸25um，視野里無大于50um的初晶硅。此檢驗(yàn)合格后， 澆鑄成所需的鑄錠。
實(shí)施例3
按以下步驟制取磷變質(zhì)劑并用于過共晶鋁硅合金的變質(zhì)處理
(1) 稱取原料磷粉60克，鋁粉70克，氯化鈉60克，氟化鉀5克，氟鈦酸鉀5 克；
(2) 把以上原料加入真空球磨罐中，球料比10: 1，打開閥門，通入氬氣2分 鐘，流量0.6升/分鐘，關(guān)閉閥門；
(3) 置于行星式球磨機(jī)中，轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間15分鐘，運(yùn)行周期l分 鐘，正反雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，待冷至室溫后取出；
(4) 打開真空球磨罐放氣閥門，待罐內(nèi)外氣壓相近時(shí)，打開罐蓋，取出粉末， 放入模子中，置于壓力機(jī)上，以1個(gè)大氣壓的力壓成塊狀，放入干燥器中 保存待用；
(5) 將20公斤調(diào)整好成份的過共晶鋁硅合金ZL117升溫至約78(TC，壓入塊 狀變質(zhì)劑，待變質(zhì)劑充分熔化后，攪拌，靜置，半小時(shí)后取樣分析，初晶 硅平均尺寸30 u m， 一個(gè)視野里超過50 u m小于70 u m的不超過1個(gè)。 檢驗(yàn)合格后，澆成所需的鑄錠。
實(shí)施例4
按以下步驟制取磷變質(zhì)劑并用于過共晶鋁硅合金的變質(zhì)處理
(1) 稱取原料磷粉5克，鋁粉150克，氯化鈉250克；
(2) 把以上原料加入球磨機(jī)中，球料比3: 1，打開閥門，通入氬氣2分鐘，流 量0.2升/分鐘，蓋上蓋子；
(3) 轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分，每運(yùn)行15分鐘，停止3分鐘，球磨時(shí)間600分鐘，正反
雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，待冷至室溫后取出；
(4) 打開罐蓋，取出粉末，加入氟化鉀25克，氟鋁酸鉀25克，氟鈦酸鉀30 克，氟硼酸鉀15克，混合均勻，放入模子中，置于壓力機(jī)上，以10個(gè)大 氣壓的力壓成塊狀，放入干燥器中保存待用；
(5) 將2公斤調(diào)整好成份的過共晶鋁硅合金ZL117升溫至約770。C，壓入塊狀 變質(zhì)劑，待變質(zhì)劑充分熔化后，攪拌，靜置，半小時(shí)后取樣分析，初晶硅 平均尺寸30um， 一個(gè)視野里超過50um小于70um的不超過l個(gè)。檢 驗(yàn)合格后，澆鑄成所需的鑄錠。
實(shí)施例5
按以下步驟制取磷變質(zhì)劑并用于過共晶鋁硅合金的變質(zhì)處理
(1) 稱取原料磷粉20克，鋁粉80克，氯化鈉60克，氟化鉀10克，氟鋁酸鉀 10克，氟鈦酸鉀6克，碳化鈣4克；
(2) 把以上原料加入球磨機(jī)中，球料比6: 1，打開閥門，通入氬氣2分鐘，流 量0.2升/分鐘，蓋上蓋子；
(3) 轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分，每運(yùn)行15分鐘，停止3分鐘，球磨時(shí)間90分鐘，正反雙 向轉(zhuǎn)動(dòng)，待冷至室溫后取出；
(4) 打開罐蓋，取出粉末，加入氟化鉀10克，氟鋁酸鉀10克，氟鈦酸鉀6克， 碳化鈣4克，混合均勻，放入模子中，置于壓力機(jī)上，以5個(gè)大氣壓的力 壓成塊狀，放入干燥器中保存待用；
(5) 將10公斤調(diào)整好成份的過共晶鋁硅合金ZL117升溫至約780°C，壓入塊 狀變質(zhì)劑，待變質(zhì)劑充分熔化后，攪拌，靜置，半小時(shí)后取樣分析，初晶 硅平均尺寸30 u m， 一個(gè)視野里超過50 u m小于70 u m的不超過1個(gè)。 檢驗(yàn)合格后，澆鑄成所需的鑄錠。
權(quán)利要求
1.一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑，其特征在于變質(zhì)劑由質(zhì)量百分比組成為1％～30％磷粉、1％～50％鋁粉、5％～40％氯化物、1％～20％氟化物，經(jīng)球磨混均后，壓制成塊的塊狀變質(zhì)劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑，其特征在于所 述的氯化物為氯化鉀或氯化鈉。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑，其特征在于所 述的氟化物為氟化鉀、氟化鈉、氟硼酸鉀、氟硼酸鈉、氟鈦酸鉀、氟鈦酸鈉、 氟鋁酸鉀、氯鋁酸鈉中的一種。
4. 一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑的制備方法，其特征在于將所述組成的 變質(zhì)劑粉末混合后，放入球磨機(jī)中球磨5 600分鐘，在1 10個(gè)大氣壓下壓制 成塊。使用時(shí)采用壓板或壓勺直接壓入鋁硅合金熔體即可。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑的制備方法，其 特征在于所述的球磨過程采用惰性氣體保護(hù)或抽真空防護(hù)，以防止球磨過程中 原料氧化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種過共晶鋁硅合金的磷變質(zhì)劑，其特征在于變質(zhì)劑由質(zhì)量百分比組成為1％～30％磷粉、1％～50％鋁粉、5％～40％氯化物、1％～20％氟化物，經(jīng)球磨混均后，壓制成塊的塊狀變質(zhì)劑。本發(fā)明的變質(zhì)劑適用于過共晶鋁硅合金的變質(zhì)處理，很好地解決了過共晶鋁硅合金生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題，明顯減少了磷變質(zhì)劑壓入時(shí)放出的煙氣，縮短了加料時(shí)間，減小渣量；提高了磷變質(zhì)劑的吸收率，減少了原料消耗；減小污染，減少?gòu)U棄物排放；穩(wěn)定生產(chǎn)，減化操作過程，降低加入溫度，改善工作環(huán)境。具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，及良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101195877SQ20071030361
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者任智森, 英 張, 張俊紅 申請(qǐng)人:中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司