專利名稱：一種鋁-鋯-磷中間合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種用于細(xì)化共晶及過(guò)共晶鋁4系合金 中初晶硅的鋁-鋯-磷中間合金及其制備方法。二、 背景技術(shù)目前，共晶及過(guò)共晶鋁-^系合金中初晶硅的細(xì)化主要是采用添加中間合金 的方法。自上世紀(jì)三十年代Sterner和Rainer發(fā)明磷細(xì)化初晶硅的專利以來(lái)，含 磷中間合金的研究已取得了較大的進(jìn)展，如銅-磷、鋁-銅-磷、鋁-鐵-磷和鋁-硅-磷等中間合金。銅-磷中間合金密度較大，易沉淀偏析，變質(zhì)效果不穩(wěn)定，不 適合靜置爐生產(chǎn)，且?guī)?lái)銅成分污染。鋁-銅-磷中間合金變質(zhì)、細(xì)化效果較為穩(wěn) 定，但其制備成本高，在實(shí)際生產(chǎn)中未能獲得推廣應(yīng)用。鋁-鐵-磷中間合金的使 用則會(huì)向合金中引入雜質(zhì)鐵元素。申請(qǐng)?zhí)枮?00510044827的中國(guó)專利報(bào)道了一 種含有鋁、硅、磷的新型中間合金，該中間合金中含有大量的預(yù)先形成的A1P 顆粒，其具有良好的變質(zhì)、細(xì)化效果，并在生產(chǎn)中獲得了推廣應(yīng)用。但是上述的 三種鋁基中間合金，P均以A1P形式存在于中間合金體系中，由于A1P易于與空 氣中的水蒸氣反應(yīng)而氧化、水解，從而導(dǎo)致中間合金中的磷含量在保存過(guò)程中逐 步降低。因此，生產(chǎn)中迫切需要發(fā)明一種新的含磷鋁基中間合金，在達(dá)到良好細(xì) 化效果的同時(shí)，不向熔體中引入其他雜質(zhì)元素，還便于長(zhǎng)期保存與使用。三、 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能對(duì)共晶及過(guò)共晶鋁 -硅合金中的初晶硅起到高效細(xì)化并顯著提高合金高溫力學(xué)性能的鋁-鋯-磷中間 合金，同時(shí)提供一種生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)便、適合工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法。本發(fā)明是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的一種鋁-鋯-磷中間合金，其特征是所含組分的質(zhì)量百分比為鋁78.0-94.0%,鋯3.0-20.0%，磷1.0~6.0%; P以ZrP形式存在于中間合金體系中。 而ZrP粒子在加入到共晶及過(guò)共晶鋁-硅合金熔體中后，ZrP與鋁熔體反應(yīng)生成 A1P，為初晶硅提供異質(zhì)核心。同時(shí)，也隨之引入了Zr元素，可顯著提高合金的 高溫力學(xué)性能。上述一種鋁-鋯-磷中間合金的制備方法，其特征是包括以下步驟(1) 首先按以下質(zhì)量百分比準(zhǔn)備好制備鋁-鋯-磷中間合金所需的原料海綿鋯3.0-20%或者氟鋯酸鉀9.4~62.5%，鋁-磷中間合金13.3-80.0%， 余為工業(yè)純鋁，其中鋁-磷中間合金的含磷量為2.0-7.8%;(2) 在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至卯0。C-1300。C，先加入鋁-磷中間合金， 經(jīng)攪拌10-20分鐘后，再加入海綿鋯或者氟鋯酸鉀；G)反應(yīng)完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。 上述鋁-鋯-磷中間合金的制備方法，其特征是步驟(1)中，鋁-磷中間合金 的含磷量為2.0~7.8%。與A1P相比，ZrP化合物不易水解、氧化，該化合物可以起到固磷作用，而 且鋯是鋁4系中的微合金化元素，能夠強(qiáng)化鋁基體從而提高合金的高溫力學(xué)性 能。因此，采用鋁-鋯-磷中間合金對(duì)共晶及過(guò)共晶鋁"^系合金進(jìn)行細(xì)化處理時(shí)， 在達(dá)到良好細(xì)化效果的同時(shí)可以顯著提高合金的力學(xué)性能。該中間合金具有熔點(diǎn) 低、加入量小，細(xì)化效果穩(wěn)定、長(zhǎng)效等優(yōu)點(diǎn)。在保溫15分鐘條件下，可使Al-18Si 合金中的初晶硅尺寸由120|_im以上細(xì)化至25pm以下，是一種高效環(huán)保型中間 合金。合金的制備可以在較低的溫度下進(jìn)行；制備過(guò)程中無(wú)需特殊設(shè)備，制備工 藝較簡(jiǎn)單；制備的鋁-鋯-磷中間合金具有良好的細(xì)化效果和強(qiáng)的抗時(shí)間衰減性 能，同時(shí)可顯著地提高合金的力學(xué)性能，適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。四具體實(shí)施方式
下面給出本發(fā)明的幾個(gè)最佳實(shí)例。 實(shí)施例l(1) 按工業(yè)純鋁9.7%、鋁-磷中間合金73.3%、海綿鋯17.0%的質(zhì)量百分 比稱取原料，其中鋁-磷中間合金的含磷量為7.5%。(2) 在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至nocrc-i30(rc，先加入鋁-磷中間合金，經(jīng)攪拌10-20分鐘后，再加入海綿鋯。(3) 反應(yīng)完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。 按照上述配比和工藝得到一種最佳成分的鋁-鋯-磷中間合金，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為磷5.3-5.7，鋯16.7-17.3，其余為鋁。 實(shí)施例2(1) 按工業(yè)純鋁20.3%、鋁-磷中間合金66.7%、海綿鋯13%的質(zhì)量百分 比稱取原料，其中鋁-磷中間合金的含磷量為6.0%。(2) 在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至100(TC-120(TC，先加入鋁-磷中間合金， 經(jīng)攪拌10-20分鐘后，再加入海綿鋯。(3) 反應(yīng)完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。 按照上述配比和工藝制取的鋁-鋯-磷中間合金，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為磷3.84.1，鋯12.7-13.2，其余為鋁。 實(shí)施例3(1) 按工業(yè)純鋁36.9%、鋁-磷中間合金57.1%、海綿鋯6.0%的質(zhì)量百分 比稱取原料，其中鋁-磷中間合金的含磷量為3.5%。(2) 在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至900。C-110(rC，先加入鋁-磷中間合金， 經(jīng)攪拌10-20分鐘后，再加入海綿鋯。(3) 反應(yīng)完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。 按照上述配比和工藝制取的鋁-鋯-磷中間合金，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為磷1.8-2.2，鋯5.9-6.2，其余為鋁。 實(shí)施例4(1) 按工業(yè)純鋁48.0%、鋁-磷中間合金33.3%、氟鋯酸鉀18.7%的質(zhì)量百 分比稱取原料，其中鋁-磷中間合金的含磷量為6.0%。(2) 在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至900。C-95(TC,先加入鋁-磷中間合金， 經(jīng)攪拌10-20分鐘后，再加入氟鋯酸鉀。(3) 反應(yīng)完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。 按照上述配比和工藝制取的鋁-鋯-磷中間合金，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為磷1.8-2.2，鋯5.7~6.3，其余為鋁。 實(shí)施例5(1) 按工業(yè)純鋁24.1%、鋁-磷中間合金57.1%、氟鋯酸鉀18.8%的質(zhì)量百 分比稱取原料，其中鋁-磷中間合金的含磷量為3.5%。(2) 在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至900°C-950°C，先加入鋁-磷中間合金， 經(jīng)攪拌10-20分鐘后，再加入氟鋯酸鉀。(3) 反應(yīng)完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。按照上述配比和工藝制取的鋁-鋯-磷中間合金，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比 為磷1.8-2.2，鋯5.7~6.3，其余為鋁。
權(quán)利要求
1、一種鋁-鋯-磷中間合金，其特征是所含組分的質(zhì)量百分比為鋁78.0-94.0％，鋯3.0-20.0％，磷1.0-6.0％；P以ZrP形式存在于中間合金體系中。
2、 一種鋁-鋯-磷中間合金的制備方法，其特征是包括以下步驟(1) 首先按以下質(zhì)量百分比準(zhǔn)備好制備鋁-鋯-磷中間合金所需的原料海綿鋯3.0-20.0%或者氟鋯酸鉀9.4-62.5%，鋁-磷中間合金13.3-80.0%， 余為工業(yè)純鋁；(2) 在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至90(TC-1300°C，先加入鋁-磷中間合金， 經(jīng)攪拌10-20分鐘后，再加入海綿鋯或者氟鋯酸鉀；(3) 反應(yīng)完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述鋁-鋯-磷中間合金的制備方法，其特征是步驟(1)中，鋁一磷中間合金的含磷量為2.0-7.8%。
全文摘要
本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，涉及一種用于細(xì)化共晶及過(guò)共晶鋁-硅系合金中初晶硅的鋁-鋯-磷中間合金及其制備方法。在該中間合金體系中，P以ZrP化合物形式存在。該合金化學(xué)組成按質(zhì)量百分比為鋁78.0-94.0％，鋯3.0-20.0％，磷1.0-6.0％。制備步驟是按比例準(zhǔn)備好工業(yè)純鋁、鋁-磷中間合金、海綿鋯或者氟鋯酸鉀。在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至900℃-1300℃，先加入鋁-磷中間合金，經(jīng)攪拌10-20分鐘后，再加入海綿鋯或者氟鋯酸鉀，反應(yīng)完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。所制備的鋁-鋯-磷中間合金具有良好的細(xì)化效果，且能顯著提高合金的高溫力學(xué)性能。
文檔編號(hào)C22C21/00GK101613820SQ20091001683
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者劉相法, 琨 姜, 敏 左, 武玉英 申請(qǐng)人:山東大學(xué)