专利名称：一种过共晶铝硅合金的磷变质剂的制作方法
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、汽车斜盘式压縮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A1-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°C 100(TC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CN 1584085A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
品率咼o
(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Cll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A1P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80(TC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A1P (A1[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 A1P预制晶核的A1-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A1-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A1P做原料，研制含有A1P预制晶核的A1-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、氯铝 酸钠中的一种。
本发明 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A1P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1 10个大气压 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。
釆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15~45 um，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。
具体实施例方式
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、氯铝 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1 10个大气压下压制成块。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 l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4个大气压的力压成块状，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76(TC，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30um， 一个视野里超过50iim小于70wm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l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5个大气压的力压成 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78(TC，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25um，视野里无大于50um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l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个大气压的力压成块状，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78(TC，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30 u m， 一个视野里超过50 u m小于70 u m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10个大 气压的力压成块状，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。C，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30um， 一个视野里超过50um小于70um的不超过l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，碳化钙4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5个大气压的力 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°C，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30 u m， 一个视野里超过50 u m小于70 u m的不超过1个。 检验合格后，浇铸成所需的铸锭。
权利要求
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％氯化物、1％～20％氟化物，经球磨混均后，压制成块的块状变质剂。
2. 根据权利要求l所述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。
3. 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、氯铝酸钠中的一种。
4. 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1 10个大气压下压制 成块。使用时采用压板或压勺直接压入铝硅合金熔体即可。
5. 根据权利要求4所述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。
全文摘要
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。
文档编号C22C1/02GK101195877SQ20071030361
公开日2008年6月11日 申请日期2007年12月20日 优先权日2007年12月20日
发明者任智森, 英 张, 张俊红 申请人:中国铝业股份有限公司