一种含P配合物变质的ALSI铝合金材料及其制备方法.pdf

本发明公开了一种含P配合物变质的Al-Si铝合金材料及其制备方法，按重量百分比计，该合金成分为Si：4.5～5.5%，Cu:1.0～1.5%，Mn:≤0.1%，Mg:0.4～0.55%，Zn:≤0.1%，Sn:≤0.01%，Pb:≤0.05%，Fe：≤0.2%，含P配合物M6Cu(P2O7)2变质剂为炉料总量的0.01～1.0%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.15%。本发明采用以含P配合物的形式加入，具有方便、简单、经济等特点，得到的铝合金具有更高的性能。

权利要求书一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料，其特征在于：按重量百分比计，该合金成分为Si：4.5～5.5%，Cu:1.0～1.5%，Mn:≤0.1%，Mg:0.4～0.55%， Zn:≤0.1%，Sn:≤0.01%，Pb:≤0.05%，Fe：≤0.2%，含P配合物M6Cu (P2O7)2变质剂为炉料总量的0.01～1.0%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.15%。
根合据权利要求1所述的一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料，其特征在于：含P配合物M6Cu (P2O7)2变质剂，其中M为K、Na、Li或H。
根据权利要求1所述的一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料，其特征在于：含P配合物M6Cu (P2O7)2变质剂的分子晶体聚集态颗粒度为50～100目。
一种如权利要求1～3所述的一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：在上述元素比例范围内，选定一组元素和含P配合物M6Cu (P2O7)2变质剂比例，再根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种单质金属的质量，编制合金生产配料表，并按配料表选足备料；
步骤二：往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；
步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；
步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；
步骤五：精炼除渣后，以保护性气体对熔体进行除气作业，同时使含P配合物M6Cu (P2O7)2变质剂以流态化方式随保护性气体加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体至变质剂反应完毕；
步骤六：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。
根据权利要求4所述的一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料的制备方法，其特征在于：在步骤五中，保护性气体是指氮气、氩气或氮气与氩气的混合气体。

说明书一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金制造领域，具体涉及一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料及其制备方法。
背景技术
过共晶Al‑Si合金具有良好的耐磨性、耐蚀性、流动性，而且热裂倾向小，体积稳定性高，近年获得了越来越广泛的应用，但合金中的初晶硅只有经过细化后才能使此类合金具有应用价值。工业生产中一般采用加入磷的方法细化初晶硅，主要是以赤磷、磷盐或铜‑磷中间合金等形式加入。但这些方法存在许多缺点：赤磷的燃点低(240℃)，运送不安全，且变质时反应剧烈，产生大量的烟雾，严重地污染环境；磷盐加入量大，使用过程中严重地污染环境，且产生大量的反应渣；铜‑磷中间合金加入到铝合金中后易偏析，效果不稳定，而且价格高。
近年来国外采用粉末冶金法以Al粉和Cu‑P合金粉为原料制备出Al‑Cu‑P线材，该中间合金可在线变质，细化效果好且加入量少，不产生环境污染，但因其成本高，制备工艺复杂，使其在工业生产中推广使用受到一定限制。国内亦有学者用熔铸法将Al和Cu‑P合金熔化制备出Al‑Cu‑P合金，并取得了较好的变质效果，但其生产条件亦很苛刻，需要特殊设备及惰性气体保护，含P(＜0.35％)量低，生产成本高，难于进行产业化生产。
而铝合金熔炼时加入中间合金，“溶解”并“稀释”变质元素，再铸造。对铝合金生产来说，上述过程相当于多了一个“熔炼‑铸造”环节，而中间合金中大量的铝只起到储存变质元素的作用，其所消耗的能量完全是无效的。并且由于AlP在铝中的溶解度很低，用熔铸法生产含磷量很难超过0.35％，使得中间合金的使用有很的限制。
本发明的一种高效、低价格且适于产业化生产的Al配合物变质剂，不仅可解决避免使用Al‑P中间合金，而且还可以实现Al‑Si合金的细化变质，而且也为过共晶Al‑Si合金开辟了广阔的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前上述加P的变质剂存在的问题，本发明提供一天全新的途径，以含P配合物方式加入，工艺具有方便、简单、经济等特点，得到的铝合金具有更高的性能。
本发明采用的技术方案：
本发明的一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料，按重量百分比计，该合金成分为Si：4.5～5.5％，Cu：1.0～1.5％，Mn：≤0.1％，Mg：0.4～0.55％，Zn：≤0.1％，Sn：≤0.01％，Pb：≤0.05％，Fe：≤0.2％，含P配合物M6Cu(P2O7)2变质剂为炉料总量的0.01～1.0％，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05％，合计≤0.15％。
本发明所述的一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料，含P配合物M6Cu(P2O7)2变质剂，其中M为K、Na、Li或H。
本发明所述的一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料，含P配合物M6Cu(P2O7)2变质剂的分子晶体聚集态颗粒度为50～100目。
本发明所述的一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：在上述元素比例范围内，选定一组元素和含P配合物M6Cu(P2O7)2变质剂比例，再根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种单质金属的质量，编制合金生产配料表，并按配料表选足备料；
步骤二：往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；
步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；
步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；
步骤五：精炼除渣后，以保护性气体对熔体进行除气作业，同时使含P配合物M6Cu(P2O7)2变质剂以流态化方式随保护性气体加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体至变质剂反应完毕；
步骤六：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。
本发明所述的一种含P配合物变质的Al‑Si铝合金材料的制备方法，在步骤五中，保护性气体是指氮气、氩气或氮气与氩气的混合气体。
本发明达到的有益效果：
(1)避免了使用中间合金，直接采用含P配合物变质，对铝合金生产来说，上述过程相当于多了一个“熔炼‑铸造”环节，而中间合金中大量的铝只起到储存变质元素的作用，其所消耗的能量完全是无效的，简化了工艺，节约了成本和生产时间。
(2)含P配合物M6Cu(P2O7)2变质剂分解释放的是M金属原子和Cu原子和P原子，原子的原子化焓与能够调整铝及其它合金元素的原子化焓，同时原子具有pm～nm级之间的细微尺寸，对铝熔体的晶体结构产生初始的“编程”作用，分解出的P原子和金属原子具有微小尺寸，在保护性气体搅拌下，均匀弥散在铝熔体中，起到了更好的细化效果。
具体实施方式
步骤一：按下表选定每元素和物质配方，并按配制的合金总量1000kg，推算出所需的每种物质的重量。

步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；
步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；
步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；
步骤五：精炼除渣后，以保护性气体氮气对熔体进行除气作业，同时使含P配合物M6Cu(P2O7)2变质剂(30目)以流态化方式随保护性气体氮气加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体至变质剂反应完毕；
步骤六：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。
注：除步骤一中使用的物质、各物质的比例及实际配入的重量不同外，各实施例的其余步骤均完全一样。