专利名称：一种铝-硅合金用除钙剂及其制备方法
技术领域：
本发明属金属材料领域，特别涉及一种铝-硅合金用除钙剂及其制备方法。
背景技术：
共晶和过共晶铝-硅合金具有热膨胀系数小、体积稳定性好、耐磨性好、强度 高、工艺性能好等优点，成为国内外应用最广泛的活塞材料。为提高铝-硅合金的力学 性能，必须对其进行变质处理，目前工业中应用最广泛的是加磷变质处理。钙(Ca)，银 白色的轻金属，质软，密度1.54g/cm3，化学性质活泼，加热时，几乎能还原所有的金属 氧化物。钙是工业铝-硅合金中的主要杂质之一，主要由原材料工业结晶硅引入。国 内外研究发现，当活塞合金中杂质钙较多时，铝合金熔体流动性变差，容易吸气和发生 微观针孔或缩松，并产生偏析性硬脆化合物，使铸件废品率上升。此外，杂质钙会影响 铝-硅合金的磷变质处理，甚至使磷变质处理失效。因此，为了提高铝-硅合金的质量， 降低生产中的废品率，必须除钙。采取高纯度的结晶硅是解决问题的方法之一，但高纯 度硅的使用使成本提高，因此急需研究其他的方法来解决。国外有文献报道了利用添加氯化物来控制铝-硅合金中Ca含量的方法(Mater. Sci.Tech-Lond.，2003 ； 19(7) 915)，国内活塞厂则普遍采用含氯精炼剂(氯气或六氯 乙烷(C2C16))除钙。但是，氯化处理过程中释放出大量氯气，环境污染严重。有文献 (内燃机配件，2005; 5 24)报道利用A1-C中间合金除钙，发现A1-C中间合金的加入 能够使钙含量显著降低，但是使用该中间合金时加入量较大。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高效环保、制备工艺简 单、工艺稳定性好、成本低的铝-硅合金用除钙剂及其制备方法。本发明是通过以下方式实现的一种铝-硅合金用除钙剂，包含铝、氟，其特征是它还包含镍、硅、硼、碳， 各元素的质量百分比为铝11.0-21.0，氟24.0-44.0，镍5.0-30.0，硅7.0-35.0，硼 0.1-5.0，碳 5.0-20.0。—种铝-硅合金用除钙剂的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)按质量百分比称取原料，A1F3 35-65%，Ni-Si-B中间合金20-50%，碳粉 5-20% ；(2)对Ni-Si-B中间合金进行快速凝固氩气雾化处理，得到颗粒状Ni-Si-B中间
合金；(3)将A1F3粉末、颗粒状Ni-Si-B粉末和碳粉均勻混合，利用压块机将混合粉末 压实，制备出块状除钙剂。上述铝-硅合金用除钙剂的制备方法，其特征是步骤(1)中的Ni-Si-B中间合 金由镍、硅、硼三种元素组成，各组分的质量百分比为镍26.0-60.0，硅38.0-70.0，硼0.5-10。上述铝-硅合金用除钙剂的制备方法，其特征是步骤(2)中的颗粒状Ni-Si-B中 间合金粒径不大于0.5mm。本发明的特点是氟化除钙，同时与硼碳除钙相结合。其中A1F3与钙反应形成 CaF2，其反应式如下
2AIF3 + 3Ca 2AI + 3CaF2生成的CaF2通过除渣即可清除。除钙剂中的Ni-Si-B和碳粉可在铝_硅熔体中 释放出硼和碳，硼和碳与铝-硅熔体中的富钙磷化合物反应，释放出磷，从而重新形成 初晶硅的形核核心A1P，促使初晶硅析出，消除了钙使铝_硅合金磷变质“中毒”的影 响。同时Ni-Si-B合金中的高熔点硅化物质点在熔融铝硅合金中也可作为初晶硅析出的 衬底，从而也起到促进共晶铝硅合金中初晶硅的析出的作用。而硼的引入可大大提高磷 的吸收率，提高磷变质效果。本发明铝-硅合金除钙剂具有高效环保、制备工艺简单、 工艺稳定性好、成本低等优点，在加入量为0.2%的情况下，可使工业铝-硅合金中的钙 含量降低到20ppm以下，是一种新型近共晶铝_硅合金变质剂。
具体实施例方式下面给出本发明的两个最佳实施例实施例一(1)首先按A1F3 60%, Ni-Si-B中间合金35%，碳粉5%的质量比称取原料；(2)对Ni-Si-B中间合金进行快速凝固氩气雾化处理，得到粒径为0.5mm的颗粒 状Ni-Si-B中间合金；(3)将A1F3粉末，0.5mm的颗粒状Ni-Si_B中间合金和碳粉均勻混合，利用压块 机将混合粉末压实，制备出铝-硅合金除钙剂。步骤⑴中的Ni-Si-B中间合金由镍、硅、硼三种元素组成，各组分的质量百分 比为镍55，硅40，硼5。按照上述配比得到一种铝-硅合金除钙剂，其化学成分(质 量百分比)为铝19.20，氟40.80，镍19.25，硅14.00，硼1.75，其余为碳。实施例二 (1)首先按A1F3 50%, Ni-Si-B中间合金40%，碳粉10%的质量比称取原料；(2)对Ni-Si-B中间合金进行快速凝固氩气雾化处理，得到粒径为0.4mm的颗粒 状Ni-Si-B中间合金；(3)将A1F3粉末，0.4mm的颗粒状Ni-Si_B中间合金和碳粉均勻混合，利用压块 机将混合粉末压实，制备出铝-硅合金除钙剂。步骤⑴中的Ni-Si-B中间合金由镍、硅、硼三种元素组成，各组分的质量百分 比为镍60，硅30，硼10。按照上述配比得到一种最佳成分的铝-硅合金除钙剂，其 化学成分(质量百分比)为铝16，氟34，镍24，硅12，硼4，其余为碳。
权利要求
1.一种铝-硅合金用除钙剂，包含铝、氟，其特征是它还包含镍、硅、硼、碳，各元 素的质量百分比为铝 11.0-21.0，氟 24.0-44.0，镍 5.0-30.0，硅 7.0-35.0，硼 0.1-5.0， 碳 5.0-20.0。
2.根据权力要求1所述的一种铝_硅合金用除钙剂的制备方法，其特征包括以下步骤(1)按质量百分比称取原料，AlF335-65 %，Ni-Si-B中间合金20-50 %，碳粉 5-20% ；(2)对Ni-Si-B中间合金进行快速凝固氩气雾化处理，得到颗粒状Ni-Si-B中间合(3)将AlF3粉末、颗粒状Ni-Si-B粉末和碳粉均勻混合，利用压块机将混合粉末压 实，制备出块状除钙剂。
3.根据权利要求2所述的一种铝_硅合金用除钙剂的制备方法，其特征是步骤 (1)中的Ni-Si-B中间合金由镍、硅、硼三种元素组成，各组分的质量百分比为镍 26.0-60.0，硅 38.0-70.0，硼 0.5-10。
4.根据权利要求2所述的一种铝-硅合金用除钙剂的制备方法，其特征是步骤(2)中 的颗粒状Ni-Si-B中间合金粒径不大于0.5mm。
全文摘要
本发明属金属材料领域，是一种铝-硅合金用除钙剂及其制备方法。该除钙剂包含铝、氟，其特征是它还包含镍、硅、硼、碳，各元素的质量百分比为铝11.0-21.0，氟24.0-44.0，镍5.0-30.0，硅7.0-35.0，硼0.1-5.0，碳5.0-20.0。制备步骤是按质量百分比称取原料，AlF3 35-65％，Ni-Si-B中间合金20-50％，碳粉5-20％；对Ni-Si-B中间合金进行快速凝固氩气雾化处理，得到颗粒状Ni-Si-B中间合金；将AlF3粉末，颗粒状Ni-Si-B粉末和碳粉均匀混合，利用压块机将混合粉末压实，制备出块状除钙剂。本发明铝-硅合金除钙剂具有高效环保、制备工艺简单、工艺稳定性好、成本低等优点，在加入量为0.2％的情况下，可使工业铝-硅活塞合金中的钙含量降低到20ppm以下，是一种新型近共晶铝-硅合金变质剂。
文档编号C22C1/06GK102011023SQ20101059318
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者丁同明, 刘相法, 武玉英 申请人:山东大学