快速凝固微细球形高硅高耐磨铝硅合金粉末的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及快速凝固微细球形高硅高耐磨铝硅合金粉末的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业的发展，尤其是汽车、电子业的发展，对铝硅系合金的性能提出了更 高的要求，这主要体现在进一步提高耐磨性、耐热性，降低线收缩率及密度等方面；在合金 成分上表现为高硅含量及合金化。显然，采用普通铸造法及变质处理难以实现上述要求，快 速凝固具有高冷速、组织均匀细小、合金元素的固溶度范围明显加宽等优点可以达到上述 要求。
[0003] 用快速凝固技术研宄耐磨铝合金，始于20世纪60年代，Dixon成功的用粉末冶金 方法制取了硅含量高达45% (质量分数）的过共晶铝硅合金，而且，初晶硅十分细小，分布 均勾。70年代Skelly等对娃含量为25%~45% (质量分数）的快速凝固错娃二元及三元 合金进行了广泛的研宄，并首次将其应用于生产。
[0004] 虽然快速凝固铝硅合金粉近年来发展非常迅速，但也面临着很多的瓶颈和技术难 点。传统的雾化技术条件下，由于在析出初晶硅时会释放大量的结晶潜热，过共晶铝硅合 金具有良好的流动性，但是随着合金中硅的含量增加，线收缩率减少，但合金的结晶范围增 大，缩松倾向增大，气密性降低，合金的性能也随之下降，尤其是其球形度差，卫星状现象严 重，振实密度、松装密度下降，氧含量及水含量增加，严重限制了铝硅合金的应用范围。
[0005] 中国专利CN104388769A公开一种高洁净度铝硅中间合金的生产方法，其特征在 于，所述生产方法包括以下步骤：用中频感应炉将高纯铝熔化形成熔池，然后向熔池中加入 高纯硅，熔化完全后形成初级合金液，其中，高纯铝与高纯硅的配比按照Al :Si的质量比为 (5~9) : (1~5)来确定；将初级合金液体倒入精炼炉，通过惰性气体或真空处理对初级合 金液进行精炼以除气除渣，精炼完成后，得到目标合金液，其中，采用惰性气体的流量控制 在10~30NL/min的范围内，惰性气体的压力控制在0. 1~0. 4MPa的范围内，时间为10~ 20min ;采用真空处理，真空度控制在50~lOOPa，精炼时间控制在10~15min的范围内； 再采用惰性气体保护雾化法制得铝硅合金粉末，其粒径范围在50~100 μ m，硅含量最高为 23%〇
[0006] 因此，我们迫切需要新的工艺制备高硅高耐磨，粒度细小且分布均匀的铝硅合金， 从而获得具有更高的松装密度、振实密度和良好耐磨性能的铝硅合金粉末。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种快速凝固微细球形高硅高耐磨铝硅合金粉末的制备方法，其特 征在于选择纯度99. 85%以上（例如99. 85~99. 95% )的高纯铝与纯度99. 7%以上（例 如99. 7~99. 9% )的纯硅熔合形成合金液，合金液配比按合金组分AlpxSix (铝的含量比 为1-X，硅的含量比为X)，其中X = 0. 08~0. 45,优选0. 3~0. 45,更优选约0. 4~0. 45 的重量比例称量，先将称量好的铝锭投入坩埚电阻炉中熔化，当温度达到820~900°C，优 选840~860°C，更优选约850°C时投入硅块，待硅块完全熔化后，精炼搅拌除渣，倒入中间 包，中间包与铝合金粉末的雾化生产系统连接，在雾化生产系统内通入2~lOMPa，优选4~ 8MPA氮气（温度300~500°C，优选约350~450°C )，将中间包内的铝硅合金液喷射（例 如以340~380m/s的速度）进冷速IO3~10 4K/s的密闭雾化系统内，合金液在2~6MPa 的中压氮气破碎冷却下形成20~60 μ m，优选20~50 μ m的微细球形错娃合金粉末。
[0008] 优选地，所得微细球形铝硅合金粉末的振实密度：1. 2~1. 5,优选1. 22~I. 45g/ cm3;松装密度：0· 65 ~0· 75,优选 0· 66 ~0· 75,更优选 0· 72 ~0· 75g/cm 3。
[0009] 所述雾化系统可以是生产铝合金粉末的通常雾化生产系统，例如专利 201410435988. 4中公开的雾化生产系统。
[0010] 本发明另外提供了通过上述方法制备的快速凝固微细球形高耐磨铝硅合金粉末。
[0011] 硅是半金属之一，旧称"矽"。熔点为1420°C，密度为2.34克/厘米3。质硬而脆。 在常温下不溶于酸，易溶于碱。金属硅的性质与锗、铅、锡相近，具有半导体性质。硅大量用 于冶炼成硅铁合金作钢铁工业中合金元素，在很多种金属冶炼中作还原剂。硅还是铝合金 中的良好组元，绝大多数铸造铝合金都含有硅。硅是电子工业超纯硅的原料，超纯半导体单 晶硅做的电子器件具有体积小、重量轻、可靠性好和寿命长等优点。掺有特定微量杂质的硅 单晶制成的大功率晶体管、整流器及太阳能电池，比用锗单晶制成的好。非晶硅太阳能电池 研宄进展很快，转换率达到了 8%以上。金属铝以其轻质、低熔点、抗氧化性、高导热导电和 良好延展性为特点。快速凝固粉末冶金铝硅合金因其独特的组织特性，强度明显高于铸造 Al-Si合金，并且生长率也有一定的提高。根据日本学者Yamauchi等人的观点，在硅含量 相当的情况下，其抗拉强度与Si相平均尺寸成反比，快速凝固粉末冶金铝硅合金，由于初 晶硅相细小，分布均匀，因而力学性能比较优异。高耐磨特性也是快速凝固高硅铝合金的主 要特性，由于快速凝固增大了合金的固溶度，制备高硅铝合金优于铸造合金，目前铸造方法 制备的过共晶Si量最高为25% (质量分数）左右，但利用快速凝固技术能使Si含量高达 30%~40%时仍可获得令人彳两意的综合性能。目如，生广尚品质的错娃合金粉末，基本上米 用空气雾化或离心盘离心雾化。生产产量低，成本高，品质不稳定。细粉得率低，生产过程 难以控制调整，无法根据合金粉末晶相结构需要修改工艺参数，但是通过调整雾化合金粉 末冷却速率及雾化空间，可以得到高磨铝硅合金粉末。
【具体实施方式】
[0012] 本发明的目的提供一种高耐磨铝硅合金粉末的制备方法。该方法以99. 85以上高 纯铝和99. 7%以上纯硅为原料锭，通过先熔融纯铝再添加硅块的熔炼方获得合适的AlSi 合金溶液，搅拌均匀后，再利用高压氮气喷射雾化进有氮气护的密闭系统内，合金液经瞬间 冷却凝固成高耐磨错娃合金粉末。
[0013] 本发明提供的实施例如下：
[0014] 实施例1 :将纯度99. 85%金