快速凝固微細球形高硅高耐磨鋁硅合金粉末的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及快速凝固微細球形高硅高耐磨鋁硅合金粉末的制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著現代工業的發展，尤其是汽車、電子業的發展，對鋁硅系合金的性能提出了更 高的要求，這主要體現在進一步提高耐磨性、耐熱性，降低線收縮率及密度等方面；在合金 成分上表現為高硅含量及合金化。顯然，采用普通鑄造法及變質處理難以實現上述要求，快 速凝固具有高冷速、組織均勻細小、合金元素的固溶度范圍明顯加寬等優點可以達到上述 要求。
[0003] 用快速凝固技術研宄耐磨鋁合金，始于20世紀60年代，Dixon成功的用粉末冶金 方法制取了硅含量高達45% (質量分數）的過共晶鋁硅合金，而且，初晶硅十分細小，分布 均勾。70年代Skelly等對娃含量為25%~45% (質量分數）的快速凝固錯娃二元及三元 合金進行了廣泛的研宄，并首次將其應用于生產。
[0004] 雖然快速凝固鋁硅合金粉近年來發展非常迅速，但也面臨著很多的瓶頸和技術難 點。傳統的霧化技術條件下，由于在析出初晶硅時會釋放大量的結晶潛熱，過共晶鋁硅合 金具有良好的流動性，但是隨著合金中硅的含量增加，線收縮率減少，但合金的結晶范圍增 大，縮松傾向增大，氣密性降低，合金的性能也隨之下降，尤其是其球形度差，衛星狀現象嚴 重，振實密度、松裝密度下降，氧含量及水含量增加，嚴重限制了鋁硅合金的應用范圍。
[0005] 中國專利CN104388769A公開一種高潔凈度鋁硅中間合金的生產方法，其特征在 于，所述生產方法包括以下步驟：用中頻感應爐將高純鋁熔化形成熔池，然后向熔池中加入 高純硅，熔化完全后形成初級合金液，其中，高純鋁與高純硅的配比按照Al :Si的質量比為 (5~9) : (1~5)來確定；將初級合金液體倒入精煉爐，通過惰性氣體或真空處理對初級合 金液進行精煉以除氣除渣，精煉完成后，得到目標合金液，其中，采用惰性氣體的流量控制 在10~30NL/min的范圍內，惰性氣體的壓力控制在0. 1~0. 4MPa的范圍內，時間為10~ 20min ;采用真空處理，真空度控制在50~lOOPa，精煉時間控制在10~15min的范圍內； 再采用惰性氣體保護霧化法制得鋁硅合金粉末，其粒徑范圍在50~100 μ m，硅含量最高為 23%〇
[0006] 因此，我們迫切需要新的工藝制備高硅高耐磨，粒度細小且分布均勻的鋁硅合金， 從而獲得具有更高的松裝密度、振實密度和良好耐磨性能的鋁硅合金粉末。
【發明內容】
[0007] 本發明提供了一種快速凝固微細球形高硅高耐磨鋁硅合金粉末的制備方法，其特 征在于選擇純度99. 85%以上（例如99. 85~99. 95% )的高純鋁與純度99. 7%以上（例 如99. 7~99. 9% )的純硅熔合形成合金液，合金液配比按合金組分AlpxSix (鋁的含量比 為1-X，硅的含量比為X)，其中X = 0. 08~0. 45,優選0. 3~0. 45,更優選約0. 4~0. 45 的重量比例稱量，先將稱量好的鋁錠投入坩堝電阻爐中熔化，當溫度達到820~900°C，優 選840~860°C，更優選約850°C時投入硅塊，待硅塊完全熔化后，精煉攪拌除渣，倒入中間 包，中間包與鋁合金粉末的霧化生產系統連接，在霧化生產系統內通入2~lOMPa，優選4~ 8MPA氮氣（溫度300~500°C，優選約350~450°C )，將中間包內的鋁硅合金液噴射（例 如以340~380m/s的速度）進冷速IO3~10 4K/s的密閉霧化系統內，合金液在2~6MPa 的中壓氮氣破碎冷卻下形成20~60 μ m，優選20~50 μ m的微細球形錯娃合金粉末。
[0008] 優選地，所得微細球形鋁硅合金粉末的振實密度：1. 2~1. 5,優選1. 22~I. 45g/ cm3;松裝密度：0· 65 ~0· 75,優選 0· 66 ~0· 75,更優選 0· 72 ~0· 75g/cm 3。
[0009] 所述霧化系統可以是生產鋁合金粉末的通常霧化生產系統，例如專利 201410435988. 4中公開的霧化生產系統。
[0010] 本發明另外提供了通過上述方法制備的快速凝固微細球形高耐磨鋁硅合金粉末。
[0011] 硅是半金屬之一，舊稱"矽"。熔點為1420°C，密度為2.34克/厘米3。質硬而脆。 在常溫下不溶于酸，易溶于堿。金屬硅的性質與鍺、鉛、錫相近，具有半導體性質。硅大量用 于冶煉成硅鐵合金作鋼鐵工業中合金元素，在很多種金屬冶煉中作還原劑。硅還是鋁合金 中的良好組元，絕大多數鑄造鋁合金都含有硅。硅是電子工業超純硅的原料，超純半導體單 晶硅做的電子器件具有體積小、重量輕、可靠性好和壽命長等優點。摻有特定微量雜質的硅 單晶制成的大功率晶體管、整流器及太陽能電池，比用鍺單晶制成的好。非晶硅太陽能電池 研宄進展很快，轉換率達到了 8%以上。金屬鋁以其輕質、低熔點、抗氧化性、高導熱導電和 良好延展性為特點。快速凝固粉末冶金鋁硅合金因其獨特的組織特性，強度明顯高于鑄造 Al-Si合金，并且生長率也有一定的提高。根據日本學者Yamauchi等人的觀點，在硅含量 相當的情況下，其抗拉強度與Si相平均尺寸成反比，快速凝固粉末冶金鋁硅合金，由于初 晶硅相細小，分布均勻，因而力學性能比較優異。高耐磨特性也是快速凝固高硅鋁合金的主 要特性，由于快速凝固增大了合金的固溶度，制備高硅鋁合金優于鑄造合金，目前鑄造方法 制備的過共晶Si量最高為25% (質量分數）左右，但利用快速凝固技術能使Si含量高達 30%~40%時仍可獲得令人彳兩意的綜合性能。目如，生廣尚品質的錯娃合金粉末，基本上米 用空氣霧化或離心盤離心霧化。生產產量低，成本高，品質不穩定。細粉得率低，生產過程 難以控制調整，無法根據合金粉末晶相結構需要修改工藝參數，但是通過調整霧化合金粉 末冷卻速率及霧化空間，可以得到高磨鋁硅合金粉末。
【具體實施方式】
[0012] 本發明的目的提供一種高耐磨鋁硅合金粉末的制備方法。該方法以99. 85以上高 純鋁和99. 7%以上純硅為原料錠，通過先熔融純鋁再添加硅塊的熔煉方獲得合適的AlSi 合金溶液，攪拌均勻后，再利用高壓氮氣噴射霧化進有氮氣護的密閉系統內，合金液經瞬間 冷卻凝固成高耐磨錯娃合金粉末。
[0013] 本發明提供的實施例如下：
[0014] 實施例1 :將純度99. 85%金