专利名称：一种铝、硅、磷中间合金的制备方法
技术领域：
本发明属金属材料领域，特别是涉及一种用于细化Al-Si-Cu-Ni活塞合金中初晶硅的多元Al-Si-Po中间合金及其制备方法。
背景技术：
工业生产中一般采用加磷的方法来细化Al-Si-Cu-Ni活塞合金中的初晶硅，主要是以赤磷、磷盐或磷-铜中间合金等形式加入来进行变质处理。但这些方法都存在着许多缺点赤磷的燃点为240℃左右，变质处理时释放出大量有毒的P2O5气体，严重污染环境；磷盐变质效果不稳定，使用过程中也存在环境污染问题；磷-铜中间合金密度大、熔点高，在静置炉熔炼条件下，加入到铝合金熔体中后易沉淀、难熔化，变质效果不稳定，而且使合金中铜含量增加。由于硅晶体本身与AlP之间具有很好的结构相似性，可以起到固磷的作用，而且硅是Al-Si-Cu-Ni活塞合金中的主要合金元素，多元Al-Si-P中间合金与Al-Si-Cu-Ni活塞合金中的硅、铜、镍含量相当。因此，采用多元Al-Si-P中间合金对该多元合金进行变质处理时，除磷之外不会引起其它成分的变化，避免了因化学合金成分不合格而造成的废品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能对Al-Si-Cu-Ni活塞合金中的初晶硅起高效变质作用，无污染，使用简便，并且成本低廉的一种铝、硅、磷中间合金的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的该多元Al-Si-P中间合金，其化学成分质量百分比为铝60.0-85.0％，硅8.0-26.0％，磷2.0-7.5％，铜1.3-5.0％，镍0.6-4.0％，钛0.05-0.5％，碳或硼0.01-0.1％。
其中，磷在该中间合金中以磷化铝形式分布在铝基体上，磷化铝与硅晶体均属金刚石型晶体结构。因此，磷化铝可以充当初晶硅的异质核心作用，从而对初晶硅起到变质作用。磷是以三种富磷合金中间体形式加入的，伴随着加入了硅、铜、镍元素，它们是Al-Si-Cu-Ni活塞合金的主要合金元素，都起到强化铝基体的作用。钛和硼以二硼化钛形式存在，是通过Al-5Ti-1B中间合金形式加入的；钛和碳以碳化钛化合物形式存在，是通过Al-5Ti-1C中间合金形式加入。二硼化钛和碳化钛在Al-Si-P中间合金中起到固磷剂的作用，进一步提高Al-Si-P中间合金中的含磷量。
上述多元Al-Si-P中间合金的制备方法，是通过以下步骤实现的(1)按工业纯铝50.40～84.04％、Al-5Ti-lC或Al-5Ti-1B中间合金1～10％、Si-15P中间合金7～15％、Si-20Ni-20P中间合金3.0～20.0％、低熔点Cu-20P-15Si中间合金2.0～7.7％质量比称取原料。
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化至780～980℃，首先加入已称取好的Al-5Ti-1C或Al-5Ti-1B中间合金，搅拌1-3分钟；同时加入Si-15P和Si-20Ni-20P中间合金，并搅拌10-20分钟；最后加入低熔点Cu-20P-15Si中间合金，反应完毕后搅拌均匀。
(3)直接浇注成锭。
该中间合金具有熔点低、加入量小，变质效果好、稳定和长效等优点，在加入量小于0.5％的情况下，可使Al-Si合金中的初晶硅的尺寸由150μm以上细化到30μm以下，是一种新型高效环保型变质剂。
具体实施例方式
下面给出本发明的几个最佳实例。
实施例1(1)按工业纯铝72％、Al-5Ti-1C中间合金5％、Si-15P中间合金10％、Si-20P-20Ni中间合金8％、低熔点Cu-20P-15Si中间合金5％质量百分比称取原料。
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化至820～850℃，加入已称取好的Al-5Ti-1C中间合金，搅拌2分钟；同时加入Si-15P和Si-20Ni-20P中间合金，并搅拌15分钟；最后加入低熔点Cu-20P-15Si中间合金，反应完毕后搅拌均匀。
(3)直接浇注成锭。
按照上述配比和工艺得到一种最佳成分的多元Al-Si-P中间合金，其化学成分的质量百分比为磷3.8-4.1，硅13.8-14.5，铜3.1-3.3，镍1.5-1.7，钛0.23-0.27，碳0.04-0.06，其余为铝。
实施例2(1)按工业纯铝72％、Al-5Ti-1B中间合金5％、Si-15P中间合金10％、Si-20P-20Nio中间合金8％、低熔点Cu-20P-15Si中间合金5％质量百分比称取原料。
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化至820～850℃，加入已称取好的Al-5Ti-1B中间合金，搅拌2分钟；同时加入Si-15P和Si-20Ni-20P中间合金，并搅拌15分钟；最后加入低熔点Cu-20P-15Si中间合金，反应完毕后搅拌均匀。
(3)直接浇注成锭。
制取的多元Al-Si-P中间合金，其化学成分的质量百分比为磷3.8-4.1，硅13.8-14.5，铜3.1-3.3，镍1.5-1.7，钛0.23-0.27，硼0.04-0.06，其余为铝。
实施例3按照实施例1的加入工艺和熔炼方法，所不同的是原料配比和熔炼温度有变化。其原料配比为工业纯铝52％、Al-5Ti-1C中间合金9％、Si-15P中间合金14％、Si-20Ni-20P中间合金18％、低熔点Cu-20P-15Si中间合金7％质量比称取原料。其熔炼温度为940-970℃。制取的多元Al-Si-P中间合金，其化学成分的质量百分比为磷7.0-7.2，硅23.2-23.8，铜4.4-4.6，镍3.5-3.7，钛0.43-0.46，硼0.08-0.10，其余为铝。
实施例4按照实施例2的加入工艺和熔炼方法，所不同的是原料配比和熔炼温度有变化。其原料配比为工业纯铝82％、Al-5Ti-1C中间合金2％、Si-15P中间合金9％、Si-20Ni-20P中间合金4％、低熔点Cu-20P-15Si中间合金3％质量比称取原料。其熔炼温度为790-810℃。制取的多元Al-Si-P中间合金，其化学成分的质量百分比为；磷2.6-2.8，硅10.0-10.5，铜1.8-2.0，镍0.7-0.9，钛0.04-0.06，硼0.008-0.012，其余为铝。
权利要求
1.一种铝、硅、磷中间合金的制备方法，包含铝、硅、磷、铜、镍和钛元素，其特征是，还含有碳、硼元素中的至少一种，各组分的质量百分比为铝60.0-85.0％，硅8.0-26.0％，磷2.0-7.5％，铜1.3-5.0％，镍0.6-4.0％，钛0.05-0.5％，碳或硼0.01-0.1％；其方法步骤如下(1)按工业纯铝50.40～84.04％、Al-5Ti-1C或Al-5Ti-1B中间合金1～10％、Si-15P中间合金7～15％、Si-20Ni-20P中间合金3.0～20.0％、低熔点Cu-20P-15Si中间合金2.0～7.7％的质量比称取原料。(2)在熔炼炉中将纯铝熔化至780℃～980℃，首先加入已称取好的Al-5Ti-1C或Al-5Ti-1B中间合金，经搅拌1-3分钟后；再同时加入Si-15P和Si-20Ni-20P中间合金，并搅拌10-20分钟；最后加入低熔点Cu-20P-15Si中间合金，反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭。
全文摘要
本发明涉及一种铝、硅、磷中间合金的制备方法，其化学组成按质量百分比为铝60.0－85.0％，硅8.0－26.0％，磷2.0－7.5％，铜1.3－5.0％，镍0.6－4.0％，钛0.05－0.5％，碳或硼0.01－0.1％。制备步骤是按比例准备好工业纯铝、Si－15P中间合金、Si－20Ni－20P中间合金、低熔点Cu－20P－15Si中间合金，以及Al－5Ti－1C或Al－5Ti－1B中间合金。在熔炼炉中将纯铝熔化至780℃～980℃，先加入Al－5Ti－1C或Al－5Ti－1B中间合金，经搅拌1－3分钟后，再加入Si－15P和Si－20Ni－20P中间合金，搅拌10－20分钟；最后加入低熔点Cu－20P－15Si中间合金，反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭。
文档编号C22C1/02GK1760392SQ20051004482
公开日2006年4月19日 申请日期2005年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者刘相法, 刘相俊, 边秀房 申请人:山东大学