專利名稱：一種過共晶鋁硅合金變質精煉劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種過共晶鋁硅合金變質精煉劑。
背景技術：
過共晶鋁硅合金具有密度小、熱膨脹系數小、熱穩定性好、強度高和耐磨性高等優點。通常硅元素可以提高鋁合金的耐磨性，并能減低鋁合金的熱膨脹系數，所以含硅量較高的過共晶鋁硅合金可用于制造汽車發動機活塞、缸蓋、排氣管及汽車空調壓縮機的缸體和活塞等零件，正越來越受到人們的廣泛關注。在普通的鑄造條件下，由于冷卻速度慢，析出粗大的初晶硅，破壞了基體的連續性，因而顯著減低合金的強度和韌性。自從上世紀三十年代發現加磷，特別是五十年代發現加磷化物可使初晶硅細化以后，各國對過共晶鋁硅合金變質研究迅速展開，各種類型的新變質劑相繼問世。目前，我國對過共晶鋁硅合金變質精煉過程中，常采用磷銅或偏磷酸鈉等作為變質劑，變質效果不能維持長效，初晶硅就會發生粗化。且單一的磷變質，只能將初晶硅變質細化而不能變質基體中硅相，共晶硅仍呈片狀，變質效果不理想。精煉劑常用鹽類，這些精煉劑在精煉時會產生有毒氣體，導致嚴重的環境污染，影響人體健康。為解決以上問題，有人曾采用磷—硫或磷—鈉復合變質，氯鹽或鈉鹽精煉。但效果不夠理想，不能完全解決綠色、長效和雙重變質的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種綠色、長效的過共晶鋁硅合金變質精煉劑。
本發明的目的是通過下述技術措施來實現的一種過共晶鋁硅合金變質精煉劑，由Cu、Ti、La、Ce、Nd、Pr、P、C、B和Al元素組成，其特征在于所述元素的重量百分比分別為Cu10～20％、Ti2～6％、La1～5％、Ce0.5～3％、Nd0.1～1％、Pr0.1～1％、P1～10％、C0.1～1％、B0.1～0.5％和Al65～80％。
上述的過共晶鋁硅合金變質精煉劑，其優選的(Ti+La+Ce+Nd+Pr+P+C+B)元素重量百分比范圍為10～15％；優選的(La+Ce+Nd+Pr+P)元素重量百分比范圍為7～10％。
在過共晶鋁硅合金中是這樣應用本發明的變質精煉劑的首先將過共晶鋁硅合金熔化成液體，并將合金液體在爐中過熱到820～840℃，保溫15～30分鐘，扒去浮渣；在780～800℃溫度范圍內加入本發明的變質精煉劑為鋁液重量的1.5～4.0％；然后用惰性氣體進行15～30分鐘吹煉攪拌；在740～780℃溫度范圍內鎮靜孕育30分鐘，可得雙重變質精煉的過共晶鋁硅合金熔液。
由于本發明采用了含有磷(P)的變質精煉劑，P是初晶硅的主要變質元素之一，P在過共晶鋁硅合金熔液中形成的AlP化合物，這種化合物的熔點在1000℃以上，AlP為閃鋅礦晶型，與金剛石晶型的硅相似，且其晶格常數為5.46埃，非常接近硅的晶格常數5.43埃，因此AlP可以作為硅非均質成核核心。
本發明的重要特點是采用P、RE、Ti、B、C的聯合變質，由于這幾個元素都對初晶硅有變質作用，而且稀土(RE)原子在AlP非均質核心周圍，阻止AlP核聚集，不同的La、Ce、Nd、Pr配比組成的RE效果不同，因此，聯合變質的效果明顯優于二元復合變質。這些元素的共同作用使變質后初晶硅細小，且分布均勻，平均尺寸長時間維持在25 um以下，不發生粗化，同時使共晶硅長時間保持細小的變質狀態，并在重熔后仍保持變質效果。
由于RE、Ti、B元素都對初晶硅和共晶硅有雙重變質作用，因而這些元素細化變質了共晶硅。從而實現了過共晶鋁硅合金的雙重變質。
由于RE元素在過共晶鋁硅合金熔液表面形成致密的保護膜，阻止了鋁液的氧化、吸氣及和水汽的反應，同時RE具有好的固氫特性和RE與鋁液中的Al2O3等夾雜物反應，減少了鋁液的夾雜物和氫含量，輔之以惰性氣體精煉處理，使過共晶鋁硅合金熔液凈化，并能持續保持6～10小時。
用本發明的變質精煉劑處理過共晶鋁硅合金熔體，并輔之以惰性氣體吹煉攪拌，對環境的影響很小，所以本發明的變質精煉劑是一種綠色、長效、雙重和復合的過共晶鋁硅合金變質精煉劑。
具體實施例方式
現將本發明的實施例敘述于后。
實施例1將Al-Si(18％)合金熔化成液體，在爐中過熱到820℃，保溫25分鐘，扒去浮渣。在780℃加入鋁液重量的2.5％的變質精煉劑，變質精煉劑各元素的重量百分比為Cu18％、Ti3.7％、La1.8％、Ce1％、Nd0.28％、Pr0.55％、P3.6％、C0.15％、B0.35％和Al70.57％。進行攪拌，使變質精煉劑充分熔入鋁合金液體中。在760℃用純氬進行15分鐘吹煉攪拌。鎮靜孕育30分鐘，可得變質精煉的過共晶鋁硅合金熔液。變質后共晶硅由針狀、片狀變為點狀或短桿狀，初晶硅細小且分布均勻。初晶硅平均尺寸隨保溫時間的變化列于下表表1 初晶硅平均尺寸和保溫時間的關系
實施例2將390合金熔化成液體，在爐中過熱到840℃，保溫15分鐘，扒去浮渣。在800℃加入鋁液重量的4.0％的變質精煉劑，變質精煉劑各元素的重量百分比為Cu12％、Ti2.6％、La4％、Ce0.6％、Nd0.8％、Pr0.7％、P2％、C0.3％、B0.15％和Al76.85％。進行攪拌，使變質精煉劑充分熔入鋁合金液體中。在780℃用純氬進行25分鐘吹煉攪拌。鎮靜孕育30分鐘，可得變質精煉的過共晶鋁硅合金熔液。變質后共晶硅呈點狀或短桿狀，初晶硅細小且均勻。變質后初晶硅平均尺寸為18um，保溫6小時后初晶硅平均尺寸為25um。精煉效果能維持5～10小時。
實施例3將ADC14合金熔化成液體，在爐中過熱到840℃，保溫20分鐘，扒去浮渣。在790℃加入鋁液重量的1.5％的變質精煉劑，變質精煉劑各元素的重量百分比為Cu15％、Ti5％、La3％、Ce2.2％、Nd0.3％、Pr0.15％、P7.3％、C0.65％、B0.5％和Al65.9％。進行攪拌，使變質精煉劑充分熔入鋁合金液體中。在780℃用純氮進行20分鐘吹煉攪拌。鎮靜孕育30分鐘，可得變質精煉的過共晶鋁硅合金熔液。變質后共晶硅呈點狀或短桿狀，初晶硅細小且均勻。變質后初晶硅平均尺寸為15um，保溫6小時后初晶硅平均尺寸為24um，重熔后仍能保持變質效果。精煉效果能維持5～10小時。鑄件針孔度達1級。
權利要求
1.一種過共晶鋁硅合金變質精煉劑，由Cu、Ti、La、Ce、Nd、Pr、P、C、B和Al元素組成，其特征在于所述元素的重量百分比分別為Cu10～20％、Ti2～6％、La1～5％、Ce0.5～3％、Nd0.1～1％、Pr0.1～1％、P1～10％、C0.1～1％、B0.1～0.5％和Al65～80％。
2.按權利要求1所述的過共晶鋁硅合金變質精煉劑，其特征在于所述元素(Ti+La+Ce+Nd+Pr+P+C+B)的重量百分比為10～15％。
3.按權利要求2所述的過共晶鋁硅合金變質精煉劑，其特征在于所述元素(La+Ce+Nd+Pr+P)的重量百分比為7～10％。
全文摘要
本發明涉及一種過共晶鋁硅合金變質精煉劑，由Cu、Ti、La、Ce、Nd、Pr、P、C、B和Al元素組成。用這種變質精煉劑處理過共晶鋁硅合金熔體，并輔之以惰性氣體吹煉攪拌，既可使過共晶鋁硅合金的共晶硅變質，又可使初晶硅變質，且初晶硅尺寸長時間維持在25um以下。精煉凈化效果也能保持6～10小時。本發明的變質精煉劑是一種綠色、長效、雙重和復合的過共晶鋁硅合金變質精煉劑。
文檔編號C22C21/02GK1584086SQ200410025120
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月11日 優先權日2004年6月11日
發明者張金龍, 毛協民, 方守獅, 葛建生, 王澤華 申請人:上海大學