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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910225843.4 (22)申请日 2019.03.25 (71)申请人 常州大学 地址 213164 江苏省常州市武进区滆湖路1 号 (72)发明人 王建华王硕彭浩平吴长军 苏旭平 (74)专利代理机构 常州市英诺创信专利代理事 务所(普通合伙) 32258 代理人 朱丽莎 (51)Int.Cl. C22C 21/04(2006.01) C22C 1/03(2006.01) (54)发明名称 一种共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方 法 (57)摘要 本发明属于有色合金制。
2、备领域， 涉及一种共 晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法。 本发明将 共晶铝硅合金熔炼和除气精炼后， 使用Al-1.5B- 3P中间合金对共晶铝硅合金进行一步变质处理， 可使共晶铝硅合金的力学性能得到明显提高。 本 发明采用一步法直接向共晶铝硅合金熔体中加 入Al-B-P中间合金， 不仅简化了生产工艺， 成本 低廉， 而且变质效果更佳， 可适用于大规模地工 业化生产， 应用前景广阔。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 109881055 A 2019.06.14 CN 109881055 A 1.一种共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法， 其特征在于， 采用Al-1.5B-3P变质剂 同。
3、时对共晶铝硅合金中的铝相和硅相进行一次性变质处理。 2.如权利要求1所述的共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法， 其特征在于， 具体制备 步骤为： (1)采用电炉在坩埚中熔炼共晶铝硅合金， 将共晶铝硅合金熔体加热至700750； (2)加入六氯乙烷除气精炼； (3)将Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中， 搅拌均匀后保温； (4)将熔体浇注到预热的金属型， 制得磷硼双重变质的共晶铝硅合金。 3.如权利要求1或2所述的共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法， 其特征在于， Al- 1.5B-3P变质剂加入量为共晶铝硅合金质量的0.050.6。 4.如权利要求3所述的共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质。
4、方法， 其特征在于， Al-1.5B- 3P变质剂的加入量为共晶铝硅合金质量的0.4。 5.如权利要求2所述的共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法， 其特征在于， 步骤(3) 中的保温时间为13min。 权利要求书 1/1 页 2 CN 109881055 A 2 一种共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法 技术领域 0001 本发明属于有色合金制备领域， 涉及一种共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方 法。 背景技术 0002 对铸造Al-Si合金而言， 工业上常采用Al-Ti-B系、 Al-Ti-C系中间合金来细化合金 中的Al相， 由于相关化合物TiAl3， AlB2， TiB2， TiC和Al具有。
5、相似晶体结构和相近的晶格常 数， 可以作为Al的异质形核核心。 P是作为合金中Si相的有效变质元素， 由于AlP的异质形核 作用， 可以细化变质初晶Si， 同时能够间接抑制共晶Si的生长。 0003 专利(CN201710484856.4， 一种共晶铝硅合金的磷钛双重变质方法)采用两步法依 次向共晶铝硅合金熔体中加入一定量的Al-3P中间合金和Al-5Ti中间合金， 变质后共晶铝 硅合金的显微组织和力学性能显著改善。 采用该方法可以同时细化变质Al相和Si相， 起双 重变质作用， 但变质工艺繁琐， 需要分两次加入变质剂， 且需要改变炉温， 存在较多不可控 因素干扰， 影响变质结果。 为克服此缺。
6、点， 本发明采用一步法直接向共晶铝硅合金熔体中加 入Al-B-P中间合金， 不仅简化了生产工艺， 而且变质效果更佳。 发明内容 0004 本发明的目的在于简化生产工艺， 提供一种共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方 法， 明显提高共晶铝硅合金的力学性能。 0005 本发明是采用Al-B-P变质剂同时对共晶铝硅合金中的铝相和硅相进行一次性变 质处理。 0006 Al-1.5B-3P中间合金变质剂成分， 即为按质量百分比， 成分为1.5硼， 3磷， 其 余为铝。 0007 其具体操作步骤包括： 0008 (1)采用电炉在坩埚中熔炼Al-12.6wt.Si共晶铝硅合金， 将共晶铝硅合金熔体 加热至700。
7、750； 0009 (2)加入六氯乙烷除气精炼； 0010 (3)将共晶铝硅合金质量0.050.6的Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中， 搅 拌均匀后保温13分钟； 0011 (4)将熔体浇注到预热的金属型， 制得磷硼双重变质的共晶铝硅合金。 0012 作为优选， 步骤(3)中Al-1 .5B-3P中间合金的加入量为共晶铝硅合金质量的 0.4。 0013 本发明的原理如下： 0014 在Al-1.5B-3P中间合金组织中存在大量的AlB2质点， 该相与铝相具有相似晶体结 构和相近的晶格常数， 可以作为铝相的异质形核核心； 同时， 在Al-1.5B-3P中间合金组织中 存在大量的AlP质。
8、点， 由于AlP与硅相具有相似晶体结构和相近的晶格常数， 可以作为硅相 说明书 1/5 页 3 CN 109881055 A 3 的异质形核核心。 当采用Al-1.5B-3P中间合金对共晶铝硅合金进行变质处理时， 不仅引入 AlP、 AlB2来细化共晶组织， 而且新引入了初生 -Al和初晶Si， 使合金组织转变为共晶组织+ 初生 -Al+初晶Si的复合组织， 而初生 -Al相和初晶Si相可以用来调控合金显微组织。 所以 可达到同时实现对铝相和硅相的复合变质处理， 通过改善共晶铝硅合金显微组织实现提高 其力学性能的目的。 0015 本发明的有益效果是： 0016 本发明使用Al-1.5B-3P中。
9、间合金对共晶铝硅进行双重变质， 其合金显微组织和力 学性能均得到了显著改善： 观察共晶铝硅合金的显微组织发现， 本发明在共晶铝硅合金 中引入大量细小圆匀的初晶Si和尺寸细小的枝晶初生 -Al， 使原来的共晶铝硅组织转变为 初生 -Al、 初晶Si和共晶铝硅组织的混合组织， 共晶Si由层片状状变为颗粒状或短杆状； 检测共晶铝硅合金的力学性能发现， 本发明制备的共晶铝硅合金的强度和塑性得到大幅度 地提高， 综合力学性能改善明显。 本发明仅需向共晶铝硅合金熔体中加入一次变质剂， 大 大简化生产工艺， 缩短处理时间， 提高效率， 而且无需改变炉温， 减少不可控因素干扰， 使最 终变质效果更佳， 本发明。
10、的生产工艺方法简单， 成本低廉， 可适用于大规模地工业化生产， 应用前景广阔。 附图说明 0017 下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。 0018 图1是实施例1制备的未变质共晶铝硅合金的显微组织。 0019 图2是实施例2制备的0.1Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金的显微组 织。 0020 图3是实施例3制备的0.2Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金的显微组 织。 0021 图4是实施例4制备的0.3Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金的显微组 织。 0022 图5是实施例5制备的0.4Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金的显微组。
11、 织。 具体实施方式 0023 本发明将通过实施例进行更详细地描述， 但本发明的保护范围并不受限于这些实 施例。 0024 实施例1 0025 未变质的共晶铝硅合金： 0026 (1)采用电炉在坩埚中熔炼Al-12.6wt.Si共晶铝硅合金， 将共晶铝硅合金熔体 加热至700750； 0027 (2)加入六氯乙烷除气精炼； 0028 (3)将熔体浇注到预热的金属型， 制得未变质的共晶铝硅合金。 0029 实施例2 0030 采用0.1Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金： 说明书 2/5 页 4 CN 109881055 A 4 0031 (1)采用电炉在坩埚中熔炼Al-12.6w。
12、t.Si共晶铝硅合金， 将共晶铝硅合金熔体 加热至700750； 0032 (2)加入六氯乙烷除气精炼； 0033 (3)将0.1Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中， 搅拌均匀后保温13分钟。 0034 (4)将熔体浇注到预热的金属型， 制得磷硼双重变质的共晶铝硅合金。 0035 实施例3 0036 采用0.2Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金： 0037 (1)采用电炉在坩埚中熔炼Al-12.6wt.Si共晶铝硅合金， 将共晶铝硅合金熔体 加热至700750； 0038 (2)加入六氯乙烷除气精炼； 0039 (3)将0.2Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中， 。
13、搅拌均匀后保温13分钟。 0040 (4)将熔体浇注到预热的金属型， 制得磷硼双重变质的共晶铝硅合金。 0041 实施例4 0042 采用0.3Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金： 0043 (1)采用电炉在坩埚中熔炼Al-12.6wt.Si共晶铝硅合金， 将共晶铝硅合金熔体 加热至700750； 0044 (2)加入六氯乙烷除气精炼； 0045 (3)将0.3Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中， 搅拌均匀后保温13分钟。 0046 (4)将熔体浇注到预热的金属型， 制得磷硼双重变质的共晶铝硅合金。 0047 实施例5 0048 采用0.4Al-1.5B-3P中间合金变质。
14、处理共晶铝硅合金： 0049 (1)采用电炉在坩埚中熔炼Al-12.6wt.Si共晶铝硅合金， 将共晶铝硅合金熔体 加热至700750； 0050 (2)加入六氯乙烷除气精炼； 0051 (3)将0.4Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中， 搅拌均匀后保温13分钟。 0052 (4)将熔体浇注到预热的金属型， 制得磷硼双重变质的共晶铝硅合金。 0053 对比例1 0054 将实施例5的步骤(3)修改为， 采用Al-3P和Al-1.5B分开加入的方式对共晶铝硅合 金进行复合变质， 其余步骤与实施例5相同： 0055 (1)采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-12.6wt.Si共晶铝硅合金， 。
15、将共晶铝硅 合金熔体加热至700750； 0056 (2)加入六氯乙烷除气精炼； 0057 (3)将0.4的Al-3P中间合金迅速压入熔体中， 搅拌均匀后保温5min； 0058 (4)将0.4的Al-1.5B中间合金迅速压入熔体中， 搅拌均匀后保温5min； 0059 (5)将熔体浇注到预热的金属型， 制得磷硼复合变质的共晶铝硅合金。 0060 对比例2 0061 将实施例5的步骤(3)修改为， 采用Al-3P或Al-1.5B中间合金对共晶铝硅合金进行 单独变质， 其余步骤与实施例5相同： 0062 (1)采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-12.6wt.Si共晶铝硅合金， 将共晶铝硅 说明书。
16、 3/5 页 5 CN 109881055 A 5 合金熔体加热至700750； 0063 (2)加入六氯乙烷除气精炼； 0064 (3)将0.4的Al-3P或0.4的Al-1.5B中间合金迅速压入熔体中， 搅拌均匀后保 温5min； 0065 (4)将熔体浇注到预热的金属型， 制得磷单变质的共晶铝硅合金。 0066 性能测试： 0067 一、 观察共晶铝硅合金的显微组织： 0068 将实施例1-5制得的共晶铝硅合金， 预磨光滑后， 用光学显微镜进行观察， 结果如 图1-5所示。 0069 实施例1： 未变质共晶铝硅合金， 其显微组织如图1所示， 合金中有大量的层片状共 晶硅， 部分形状不规则。
17、的 -Al和极少量的初晶Si； 0070 实施例2： Al-1.5B-3P加入量为0.1wt.时， 共晶铝硅合金的显微组织如图2所示， 组织中出现大量的初晶Si， 部分共晶硅开始转变为颗粒状或短杆状， -Al变得圆整规则； 0071 实施例3： Al-1.5B-3P加入量为0.2wt.时， 共晶铝硅合金的显微组织如图3所示， 共晶硅有所细化， -Al面积分数增大； 0072 实施例4： Al-1.5B-3P加入量为0.3wt.时， 共晶铝硅合金的显微组织如图4所示， 此时 -Al面积分数进一步增大且尺寸减小， 大部分共晶Si转变为颗粒状或短杆状； 0073 实施例5： Al-1.5B-3P加入。
18、量为0.4wt.时， 共晶铝硅合金的显微组织如图5所示， -Al面积分数最大且枝晶尺寸最小， 细小的初晶Si均匀分布于基体中， 大部分共晶硅都已 经转变为颗粒状。 上述现象表明， 实施例5制备的共晶铝硅显微结构处于最佳水平。 0074 二、 检测共晶铝硅合金的力学性能： 0075 用WDW-300型微机控制电子万能试验机按GB/T 228-2002测试上述制得相同尺寸 标准合金样品的拉伸性能(拉伸性能包括抗拉强度和伸长率)， 拉伸速率为2mm/min。 合金的 拉伸试验结果如表1所示， 数据表明： 0076 向共晶铝硅合金中单独添加0.4wt.Al-3P或0.4wt.Al-1.5B中间合金， 。
19、可以 大大提高合金的伸长率， 但抗拉强度无改善。 加入0.1的Al-1.5B-3P中间合金后， 合金的 抗拉强度显著提高， 但伸长率下降。 随着Al-1.5B-3P中间合金加入量的提高， 共晶铝硅合金 的抗拉强度和延伸率也随之不断提高； 0077 实施例5中向共晶铝硅合金加入0.4wt.Al-1.5B-3P中间合金后， 合金抗拉强 度最高， 伸长率虽低于0.4wt.Al-3P中间合金变质共晶铝硅合金， 但综合力学性能表现最 好。 相对于分开先后添加0.4wt.Al-3P和0.4wt.Al-1.5B变质共晶铝硅合金， 加入 0.4wt.Al-1.5B-3P中间合金变质共晶铝硅合金的抗拉强度和伸长。
20、率都有明显提高， 相对 于未变质的共晶铝硅合金来说， 其综合力学性能改善明显。 0078 表1共晶铝硅合金的力学性能 说明书 4/5 页 6 CN 109881055 A 6 0079 0080 以上述依据本发明的理想实施例为启示， 通过上述的说明内容， 相关工作人员完 全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内， 进行多样的变更以及修改。 本项发明的技术 性范围并不局限于说明书上的内容， 必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。 说明书 5/5 页 7 CN 109881055 A 7 图1 图2 说明书附图 1/3 页 8 CN 109881055 A 8 图3 图4 说明书附图 2/3 页 9 CN 109881055 A 9 图5 说明书附图 3/3 页 10 CN 109881055 A 10 。