一種鋁-硅系合金用除鈣方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬金屬材料領域，特別涉及一種鋁-硅系合金用除鈣方法。
【背景技術】
[0002]共晶和過共晶鋁-硅系合金以其質輕、高耐磨、高強度、低熱膨脹系數以及良好的導熱性等優異表現，成為制造活塞、汽缸等汽車零部件的理想材料。為滿足實際使用性能要求，必須對其進行磷變質處理。
[0003]鈣是結晶硅中常見的雜質元素，在鋁-硅系合金中不可避免地含有來自原料純硅和純鋁中的雜質鈣，而鈣與磷之間有極強的親合力，因此當鋁-硅系合金中雜質鈣含量較高時，會使磷變質“中毒”。不僅如此，鈣的存在還會使鋁-硅系合金熔體流動性變差，容易吸氣導致產生鑄造缺陷，使鑄件廢品率上升。因此，在變質處理前必須對熔體進行除鈣。使用高純度結晶硅和鋁可以避免此問題但使生產成本大幅提高，高溫靜置也是有效解決辦法，但會增加能耗并提高生產成本和降低生產效率。國內最普遍使用的方法是采用六氯乙烷等含氯精煉劑進行精煉除1丐。如文獻(Materials science and technology,2003,19(7):915-918.)也報道了使用氯化物(Ti2Cl6)可以有效控制鈣含量，但氯化過程中會釋放大量氯氣，嚴重污染環境且對人體健康有巨大傷害。有文獻(內燃機配件，2005，5:24)提出使用鋁-碳中間合金可以除鈣，但必須加入大量該中間合金才能達到理想的除鈣效果。文獻(RareMetals ,2013,32(3):247-251.)報道了一種較為環保的解決方法，S卩加入硼和鈣反應形成六硼化鈣從而將鈣除去，使磷細化效果恢復，但合金熔體中若含有較多的鈦，則硼會和鈦反應導致該方法失效。專利號為201010593187.2的中國專利公開報道了一種新型除鈣劑，主要原理是氟化除鈣，同時硼碳除鈣相結合，但該除鈣劑主要針對近共晶鋁-硅系合金進行除鈣，對過共晶鋁-硅系合金并不是理想的除鈣劑，適用范圍具有一定局限性，且存在環境污染問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種高效、環保、工藝簡便的鋁-硅系合金用除鈣方法。
[0005]本發明是通過以下方式實現的:
[0006]—種鋁-硅系合金用除鈣方法，其特征是以鋁-磷中間合金為除鈣劑，結合高純氬氣精煉進行除鈣;鋁-磷中間合金中的磷的質量百分比為2.5-5.5%，雜質<0.5%，磷以彌散的AlP粒子形式存在;將鋁-磷中間合金加入鋁-硅系合金熔體中后，釋放出的AlP粒子及其溶解形成的AlP團簇與鋁-硅系合金熔體中的鈣反應生成富鈣磷化物，通過氬氣精煉將富鈣磷化物從鋁-硅系合金熔體中除去。
[0007]上述鋁-硅系合金用除鈣方法，其特征是包括以下步驟:
[0008](I)首先按含鈣鋁-硅系合金總質量的0.2-1.0%準備好鋁-磷中間合金，并預熱至150。。；
[0009](2)將含鈣鋁-硅系合金熔化并升溫至750-850°C，加入經過預熱的鋁-磷中間合金，保溫10-45分鐘使其溶解和反應，保溫過程需輕微攪拌以保證溶解和反應充分進行；
[0010](3)向熔體中吹入經干燥處理過的高純氬氣進行精煉，精煉時間5-20分鐘；
[0011](4)精煉處理結束后將表層浮渣清除。
[0012]本發明的技術原理是磷化除鈣，即借助磷化鋁與鈣反應生成磷化鈣，其反應式如下:
[0013]AlP(s) + [Ca]^Ca3P2(s) + [Al]
[0014]生成的磷化鈣屬于高熔點粒子，通過氬氣精煉即可帶出。磷與鈣的化學親力極強，因此除鈣效果十分顯著。此方法中，利用鈣使磷變質“中毒”這一現象，使鋁-磷中間合金不僅是變質劑，也是除鈣劑，從而無需額外制備專用的除鈣劑。這不僅節約成本還簡化了生產工藝流程，同時也避免了其他雜質元素的引入，滿足了對合金純凈度要求較高的場合，使該方法更具普遍適用性。此外，加入的鋁-磷中間合金為桿狀或線材，加入量易于控制，且操作簡便。因此，本發明是一種高效、環保、工藝簡單、具有普適性的鋁-硅系合金用除鈣方法。
【具體實施方式】
[0015]下面給出本發明的五個最佳實施例:
[0016]實施例1
[0017](I)首先按含鈣量較低的Al_13Si合金總質量的0.2%準備好六1-2.5%?中間合金，并預熱至150°C;
[0018](2)將含鈣量較低的Al-13Si合金熔化，并將熔體溫度升至760 °C，加入經過預熱的
0.2%的Al-2.5 %P中間合金，保溫10分鐘使其溶解和反應，保溫過程中輕微攪拌熔體；
[0019](3)向熔體中吹入經干燥處理過的高純氬氣進行精煉，精煉時間5分鐘；
[0020](4)精煉處理結束后將表層浮渣清除。
[0021 ]按照上述工藝方法進行除|丐，合金其|丐含量按質量百分比從31ppm減少至2ppm。
[0022]實施例2
[0023](I)首先按含鈣量較低的Al-HSi合金總質量的0.2 %準備好A1-3.0 %P中間合金，并預熱至150°C;
[0024](2)將含鈣量較低的Al-14Si合金熔化，并將熔體溫度升至770 °C，加入經過預熱的
0.2 %的A1-3.0 % P中間合金，保溫12分鐘使其溶解和反應，保溫過程中輕微攪拌熔體；
[0025](3)向熔體中吹入經干燥處理過的高純氬氣進行精煉，精煉時間8分鐘；
[0026](4)精煉處理結束后將表層浮渣清除。
[0027]按照上述工藝方法進行除|丐，合金其|丐含量按質量百分比從57ppm減少至3ppm。
[0028]實施例3
[0029](I)首先按含一定量鈣的Al-16Si合金總質量的I %準備好Al_3.5 %P中間合金，并預熱至150°C;
[0030](2)將含一定量鈣的Al-16Si合金熔化，并將熔體溫度升至800°C，加入經過預熱的I %的A1-3.5 % P中間合金，保溫20分鐘使其溶解和反應，保溫過程中輕微攪拌熔體；
[0031 ] (3)向熔體中吹入經干燥處理過的高純氬氣進行精煉，精煉時間10分鐘；
[0032](4)精煉處理結束后將表層浮渣清除。
[0033]按照上述工藝方法進行除|丐，合金其|丐含量按質量百分比從163ppm減少至8ppm。
[0034]實施例4
[0035](I)首先按含鈣量較高的Al-18Si合金總質量的1%準備好A1-5.0%P中間合金，并預熱至150°C;
[0036](2)將含鈣量較高的Al_18Si合金熔化，并將熔體溫度升至820°C，加入經過預熱的I %的A1-5.0 % P中間合金，保溫30分鐘使其溶解和反應，保溫過程中輕微攪拌熔體；
[0037](3)向熔體中吹入經干燥處理過的高純氬氣進行精煉，精煉時間18分鐘；
[0038](4)精煉處理結束后將表層浮渣清除。
[0039]按照上述工藝方法進行除|丐，合金其|丐含量按質量百分比從238ppm減少至2ppm。
[0040]實施例5
[0041 ] (I)首先按含鈣量較高的Al-25Si合金總質量的I %準備好Al_5.5 %P中間合金，并預熱至150°C;
[0042](2)將含鈣量較高的Al_25Si合金熔化，并將熔體溫度升至850°C，加入經過預熱的I %的A1-5.5 % P中間合金，保溫40分鐘使其溶解和反應，保溫過程中輕微攪拌熔體；
[0043 ] (3)向熔體中吹入經干燥處理過的高純氬氣進行精煉，精煉時間20分鐘；
[0044](4)精煉處理結束后將表層浮渣清除。
[0045]按照上述工藝方法進行除媽，合金其媽含量按質量百分比從293ppm減少至6ppm。
【主權項】
1.一種鋁-硅系合金用除鈣方法，其特征是以鋁-磷中間合金為除鈣劑，結合高純氬氣精煉進行除鈣;鋁-磷中間合金中磷的質量百分比為2.5-5.5%，雜質<0.5%，磷以彌散分布的AlP粒子形式存在;將鋁-磷中間合金加入鋁-硅系合金熔體中后，釋放出的AlP粒子及其溶解形成的AlP團簇與鋁-硅系合金熔體中的鈣反應生成富鈣磷化物，通過氬氣精煉將富鈣磷化物從鋁-硅系合金熔體中除去。2.根據權利要求1所述的一種鋁-硅系合金用除鈣方法，其特征是包括以下步驟: (1)首先按含鈣鋁-硅系合金總質量的0.2-1.0%準備好鋁-磷中間合金，并預熱至150°C； (2)將含鈣鋁-硅系合金熔化并升溫至750-850°C，加入經過預熱的鋁-磷中間合金，保溫10-45分鐘使其溶解和反應，保溫過程輕微攪拌熔體以保證溶解與反應過程充分進行； (3)向熔體中吹入經干燥處理過的高純氬氣進行精煉，精煉時間為5-20分鐘； (4)精煉處理結束后將熔體表層浮渣清除。
【專利摘要】本發明屬金屬材料領域，涉及一種鋁?硅系合金用除鈣方法。本發明所述除鈣方法，是以鋁?磷中間合金為除鈣劑，結合氬氣精煉進行除鈣。其中鋁?磷中間合金中的磷含量為2.5?5.5％，雜質≤0.5％，磷以彌散分布的AlP粒子形式存在。其除鈣工藝為：將需要除鈣的鋁?硅系合金熔化并升溫至750?850℃，加入經過預熱的鋁?磷中間合金，保溫10?45分鐘使其溶解和反應，保溫過程中輕微攪拌熔體以加速AlP溶解和反應；然后，向熔體中吹入高純氬氣進行精煉，精煉時間5?20分鐘，精煉處理結束后將表層浮渣清除，即可使鋁?硅系合金中的鈣雜質顯著降低。該除鈣方法具有高效、環保、工藝簡便等優點。
【IPC分類】C22C1/06, C22C21/02
【公開號】CN105714144
【申請號】CN201610213001
【發明人】劉相法, 蔣偉, 胡愷琪, 武玉英, 姚濤
【申請人】山東大學, 日照金港活塞有限公司