專利名稱：一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁合金制造領(lǐng)域，具體涉及一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
過共 晶Al-Si合金具有良好的耐磨性、耐蝕性、流動(dòng)性，而且熱裂傾向小，體積穩(wěn)定性高，近年獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，但合金中的初晶硅只有經(jīng)過細(xì)化后才能使此類合金具有應(yīng)用價(jià)值。工業(yè)生產(chǎn)中一般采用加入磷的方法細(xì)化初晶硅，主要是以赤磷、磷鹽或銅-磷中間合金等形式加入。但這些方法存在許多缺點(diǎn)赤磷的燃點(diǎn)低(240°C )，運(yùn)送不安全，且變質(zhì)時(shí)反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量的煙霧，嚴(yán)重地污染環(huán)境；磷鹽加入量大，使用過程中嚴(yán)重地污染環(huán)境，且產(chǎn)生大量的反應(yīng)渣；銅-磷中間合金加入到鋁合金中后易偏析，效果不穩(wěn)定，而且價(jià)格聞。近年來國外采用粉末冶金法以Al粉和Cu-P合金粉為原料制備出Al-Cu-P線材，該中間合金可在線變質(zhì)，細(xì)化效果好且加入量少，不產(chǎn)生環(huán)境污染，但因其成本高，制備工藝復(fù)雜，使其在工業(yè)生產(chǎn)中推廣使用受到一定限制。國內(nèi)亦有學(xué)者用熔鑄法將Al和Cu-P合金熔化制備出Al-Cu-P合金，并取得了較好的變質(zhì)效果，但其生產(chǎn)條件亦很苛刻，需要特殊設(shè)備及惰性氣體保護(hù)，含P( < 0. 35% )量低，生產(chǎn)成本高，難于進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。而鋁合金熔煉時(shí)加入中間合金，“溶解”并“稀釋”變質(zhì)元素，再鑄造。對(duì)鋁合金生產(chǎn)來說，上述過程相當(dāng)于多了一個(gè)“熔煉-鑄造”環(huán)節(jié)，而中間合金中大量的鋁只起到儲(chǔ)存變質(zhì)元素的作用，其所消耗的能量完全是無效的。并且由于AlP在鋁中的溶解度很低，用熔鑄法生產(chǎn)含磷量很難超過0. 35%，使得中間合金的使用有很的限制。本發(fā)明的一種高效、低價(jià)格且適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的Al配合物變質(zhì)劑，不僅可解決避免使用Al-P中間合金，而且還可以實(shí)現(xiàn)Al-Si合金的細(xì)化變質(zhì)，而且也為過共晶Al-Si合金開辟了廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是目前上述加P的變質(zhì)劑存在的問題，本發(fā)明提供一天全新的途徑，以含P配合物方式加入，工藝具有方便、簡單、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，得到的鋁合金具有更高的性能。本發(fā)明采用的技術(shù)方案本發(fā)明的一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料，按重量百分比計(jì)，該合金成分為 S1:4. 5 5. 5%，Cu :1. 0 1. 5%，Mn :≤ 0.1 %，Mg :0. 4 0. 55%，Zn :≤ 0.1 %，Sn ≤0.01%, Pb≤ 0. 05%, Fe ≤0. 2%，含 P 配合物 M6Cu(P2O7)2 變質(zhì)劑為爐料總量的
0.01 1. 0%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個(gè)< 0. 05%，合計(jì)(≤0. 15%。本發(fā)明所述的一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料，含P配合物M6Cu(P2O7)2變質(zhì)劑，其中M為K、Na、Li或H。本發(fā)明所述的一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料，含P配合物M6Cu(P2O7)2變質(zhì)劑的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為50 100目。本發(fā)明所述的一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料的制備方法，包括如下步驟步驟一在上述元素比例范圍內(nèi)，選定一組元素和含P配合物M6Cu (P2O7) 2變質(zhì)劑比例，再根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質(zhì)金屬的質(zhì)量，編制合金生產(chǎn)配料表，并按配料表選足備料；步驟二 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并在700 800°C下保溫；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三再按配方比例先加入步驟一選定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔體攪拌均勻；步驟四然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；往合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，熔體精煉在封閉環(huán)境中操作；步驟五精煉除渣后，以 保護(hù)性氣體對(duì)熔體進(jìn)行除氣作業(yè)，同時(shí)使含P配合物M6Cu(P2O7)2變質(zhì)劑以流態(tài)化方式隨保護(hù)性氣體加入到合金熔體中；同時(shí)進(jìn)行攪拌，使變質(zhì)劑與合金熔體充分反應(yīng)；變質(zhì)劑加入完畢，繼續(xù)通入保護(hù)性氣體至變質(zhì)劑反應(yīng)完畢；步驟六靜置、調(diào)溫至700 800°C，合金液傾倒出爐，進(jìn)入下一工序。本發(fā)明所述的一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料的制備方法，在步驟五中，保護(hù)性氣體是指氮?dú)狻鍤饣虻獨(dú)馀c氬氣的混合氣體。本發(fā)明達(dá)到的有益效果(I)避免了使用中間合金，直接采用含P配合物變質(zhì)，對(duì)鋁合金生產(chǎn)來說，上述過程相當(dāng)于多了一個(gè)“熔煉-鑄造”環(huán)節(jié)，而中間合金中大量的鋁只起到儲(chǔ)存變質(zhì)元素的作用，其所消耗的能量完全是無效的，簡化了工藝，節(jié)約了成本和生產(chǎn)時(shí)間。 (2)含P配合物M6Cu (P2O7) 2變質(zhì)劑分解釋放的是M金屬原子和Cu原子和P原子，原子的原子化焓與能夠調(diào)整鋁及其它合金元素的原子化焓，同時(shí)原子具有Pm nm級(jí)之間的細(xì)微尺寸，對(duì)鋁熔體的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生初始的“編程”作用，分解出的P原子和金屬原子具有微小尺寸，在保護(hù)性氣體攪拌下，均勻彌散在鋁熔體中，起到了更好的細(xì)化效果。
具體實(shí)施例方式步驟一按下表選定每元素和物質(zhì)配方，并按配制的合金總量1000kg，推算出所需的每種物質(zhì)的重量。
權(quán)利要求
1.一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料，其特征在于按重量百分比計(jì)，該合金成分為 S1:4. 5 5. 5%, Cu:1. O 1. 5%, Mn:彡 0. 1%，Mg:0. 4 0. 55%, Zn:彡 0. 1%，Sn: ( 0. 01%, Pb: ( 0. 05%, Fe :彡0. 2%，含P配合物M6Cu (P2O7)2變質(zhì)劑為爐料總量的.0.01 1. 0%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個(gè)< 0. 05%,合計(jì)(0. 15%。
2.根合據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料，其特征在于含P配合物M6Cu (P2O7)2變質(zhì)劑，其中M為K、Na、Li或H。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料，其特征在于含P配合物M6Cu (P2O7)2變質(zhì)劑的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為50 100目。
4.一種如權(quán)利要求1 3所述的一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟 步驟一在上述元素比例范圍內(nèi)，選定一組元素和含P配合物M6Cu (P2O7)2變質(zhì)劑比例，再根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質(zhì)金屬的質(zhì)量，編制合金生產(chǎn)配料表，并按配料表選足備料； 步驟二 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并在700 80(TC下保溫；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成； 步驟三再按配方比例先加入步驟一選定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔體攪拌均勻； 步驟四然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；往合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，熔體精煉在封閉環(huán)境中操作； 步驟五精煉除渣后，以保護(hù)性氣體對(duì)熔體進(jìn)行除氣作業(yè)，同時(shí)使含P配合物M6Cu(P2O7)2變質(zhì)劑以流態(tài)化方式隨保護(hù)性氣體加入到合金熔體中；同時(shí)進(jìn)行攪拌，使變質(zhì)劑與合金熔體充分反應(yīng)；變質(zhì)劑加入完畢，繼續(xù)通入保護(hù)性氣體至變質(zhì)劑反應(yīng)完畢； 步驟六靜置、調(diào)溫至700 80(TC，合金液傾倒出爐，進(jìn)入下一工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料的制備方法，其特征在于在步驟五中，保護(hù)性氣體是指氮?dú)?、氬氣或氮?dú)馀c氬氣的混合氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含P配合物變質(zhì)的Al-Si鋁合金材料及其制備方法，按重量百分比計(jì)，該合金成分為Si4.5～5.5%，Cu:1.0～1.5%，Mn:≤0.1%，Mg:0.4～0.55%，Zn:≤0.1%，Sn:≤0.01%，Pb:≤0.05%，F(xiàn)e≤0.2%，含P配合物M6Cu(P2O7)2變質(zhì)劑為爐料總量的0.01～1.0%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個(gè)≤0.05%，合計(jì)≤0.15%。本發(fā)明采用以含P配合物的形式加入，具有方便、簡單、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，得到的鋁合金具有更高的性能。
文檔編號(hào)C22C21/04GK103060628SQ20111032475
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者門三泉, 車云, 張中可 申請(qǐng)人:貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司