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一种-磷-晶种合金及其制备方法

阅读:127发布:2020-05-13

专利汇可以提供一种-磷-晶种合金及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属金属材料领域,特别涉及一种用于细化过共晶 铝 ‑ 硅 系 合金 中初晶硅相并提高合金 耐磨性 及加工性能的铝‑磷‑ 锡 晶种合金及其制备方法。该合金特征是:含有铝元素、磷元素、锡元素,各化学组分 质量 百分比为:铝83.5‑98.9,磷1.0‑11.5,锡0.1‑5.0;在铝基体上分布着原位合成微米或亚微米级 磷化铝 晶种。其制备方法是:按工业纯铝75.0‑95.0、锡磷合金5.0‑25.0比例备料;在熔炼炉中将工业纯铝 熔化 并升温至700℃‑850℃,待 温度 稳定后加入锡磷合金;然后采用 自上而下 定向 凝固 的方式逐步降温至230℃左右,上部得到铝‑磷‑锡晶种 合金锭 。本发明制备的铝‑磷‑锡晶种合金具有含磷量可控、杂质元素含量低;制备方法绿色节能、装备简单、可控性好,适合工业化生产。,下面是一种-磷-晶种合金及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种-磷-晶种合金,其特征是含有铝元素、磷元素、锡元素,各化学组分质量百分比为:铝83.5-98.9,磷1.0-11.5,锡0.1-5.0;在铝基体上分布着原位合成微米或亚微米级磷化铝晶种,尺寸介于0.1-10μm之间,质量百分比为1.8-21.5。
2.根据权利要求1所述的一种铝-磷-锡晶种合金的制备方法,其特征是包括以下步骤:
(1)按以下质量百分比准备好制备铝-磷-锡晶种合金所需的原料:工业纯铝75.0-
95.0,锡磷合金5.0-25.0,其中锡-磷合金所含化学成分的质量百分比为:锡60.0-80.0,磷
20.0-40.0;
(2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化并升温至700℃-850℃,待温度稳定后加入锡磷合金,搅拌后静置保温,使锡-磷合金中磷化锡与铝完全反应得到磷化铝晶种,锡溶解于铝熔体中;
(3)将步骤(2)中得到的熔体搅拌均匀后静置,然后采用自上而下定向凝固的方式逐步降温至230℃,上部得到铝-磷-锡晶种合金锭,剩余熔体凝固后得到锡基合金。
3.根据权利要求2所述的一种铝-磷-锡晶种合金的制备方法,其特征是步骤(2)中的搅拌时间为3-5min,搅拌后静置保温时间为30-60min;步骤(3)中熔体搅拌均匀后静置时间为
1-20min。

说明书全文

一种-磷-晶种合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属金属材料领域,特别涉及一种用于细化共晶、过共晶铝-系合金中初晶硅相并提高合金加工性能的一种铝-磷-锡晶种合金及其制备方法。

背景技术

[0002] 铝-硅系合金可作为诸如发动机等零部件轻量化的首选材料,但要满足体积稳定性和高温性能要求,必须控制硅相大小、形貌及分布。磷化铝与硅具有相近的面心立方晶体结构和晶格参数,是硅相高效的异质形核晶种,因此采用磷变质控制硅相在生产中获得了广泛应用。传统磷变质是向熔体中添加磷盐、赤磷或磷-合金的处理工艺,存在磷量不可控、变质效果及产品质量不稳定、P2O5污染严重三大行业共性难题。发明和应用富含磷化铝晶种的铝-磷系晶种合金可从根本上解决此难题。如公开号为103146940A的中国专利公开了一种铝磷合金的制备方法,以工业纯铝和磷合金为原料,在850℃-1150℃将磷铁合金加入到工业纯铝熔体中至完全反应,再将反应后的熔体引入至过滤装置中静置、过滤,过滤板上部熔体浇铸成型可得到铝-磷合金,该发明制备工艺较复杂且熔炼温度较高。

发明内容

[0003] 本发明目的在于克服现有技术的不足和短板,提供一种细化效果好、制备工艺简便、节能低耗并且能够工业批量化生产的一种铝-磷-锡晶种合金及其制备方法,该晶种合金能够细化过共晶铝-硅系合金中初晶硅相,并提高合金耐磨性和加工性能。
[0004] 本发明是通过以下方式实现的:
[0005] 一种铝-磷-锡晶种合金,其特征是含有铝元素、磷元素、锡元素,各化学组分质量百分比为:铝83.5-98.9,磷1.0-11.5,锡0.1-5.0;在铝基体上分布着原位合成微米或亚微米级磷化铝晶种,尺寸介于0.1-10μm之间,质量百分比为1.8-21.5。
[0006] 上述铝-磷-锡晶种合金的制备方法,其特征包括以下步骤:
[0007] (1)按以下质量百分比准备好制备铝-磷-锡晶种合金所需的原料:工业纯铝75.0-95.0,锡磷合金5.0-25.0,其中锡磷合金所含化学成分的质量百分比为:锡60.0-80.0,磷
20.0-40.0;
[0008] (2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化并升温至700℃-850℃,待温度稳定后加入锡磷合金,搅拌后静置保温,使锡磷合金中磷化锡与铝完全反应得到磷化铝晶种,锡溶解于铝熔体中;
[0009] (3)将步骤(2)中得到的熔体搅拌均匀后静置,然后采用自上而下定向冷凝方式逐步降温至230℃左右,上部得到铝-磷-锡晶种合金锭,剩余熔体倒入模具中得到锡基合金副产品。
[0010] 上述铝-磷-锡晶种合金的制备方法,其特征是步骤(2)中的搅拌时间为3-5min,搅拌后静置保温时间为30-60min;步骤(3)中熔体搅拌均匀后静置时间为1-20min。
[0011] 锡元素可改善铝-磷晶种合金中磷化铝晶种的弥散性和热溃散性,同时提高铝硅系合金的润滑耐磨性和加工性能。因此本发明提供一种细化效果好且制备工艺简便、节能低耗且能规模化生产的一种铝-磷-锡晶种合金及其制备方法。与现有技术相比,本发明有以下优点:
[0012] (1)原料熔化温度低且反应温度低,不但减少了制备过程中磷元素的烧损,获得尺寸为微米或亚微米级别的磷化铝晶种,而且节能降耗、绿色环保;
[0013] (2)副产品锡基合金可回收利用,制备工艺简便、装备简单,生产成本低;
[0014] (3)制备的铝-磷-锡晶种合金的含磷量可控性好,可达11.0%及以上。
[0015] 本发明制备的铝-磷-锡晶种合金具有含磷量可控、杂质元素含量低、熔化温度低、细化变质效果稳定等优点。添加0.2-1.0%该晶种合金并保温15-30分钟,可使过共晶铝硅合金中初晶硅尺寸由140μm以上细化至25μm以下,并提高合金的耐磨性及加工性能。与传统方法相比,该发明绿色节能、装备简单、可控性好,适合工业化生产。

具体实施方式

[0016] 下面给出本发明的三个最佳实施例
[0017] 实施例1
[0018] (1)按质量百分比称取原料工业纯铝92.0及锡磷合金8.0,其中锡磷合金的化学成分的质量百分比为:锡80.0,磷20.0;
[0019] (2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至730℃,待温度稳定后加入锡磷合金,搅拌3分钟后静置保温30分钟;
[0020] (3)将步骤(2)中得到的熔体体搅拌均匀后静置18min,采用自上而下定向凝固的方式逐步降温至230℃左右,上部得到铝-磷-锡晶种合金锭,剩余熔体倒入模具中得到锡基合金副产品。
[0021] 按照上述原料配比和制备工艺可得到铝-磷-锡晶种合金,其化学成分的质量百分比为:磷1.7,锡0.2,其余为铝;磷化铝晶种质量百分比为3.1,尺寸介于0.3-5μm之间。
[0022] 实施例2
[0023] (1)按质量百分比称取原料工业纯铝85.0及锡磷合金15.0,其中锡磷合金的化学成分的质量百分比为:锡75.0,磷25.0;
[0024] (2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至760℃,待温度稳定后加入锡磷合金,搅拌3分钟后静置保温40分钟;
[0025] (3)将步骤(2)中得到的熔体体搅拌均匀后静置3min,采用自上而下定向凝固的方式逐步降温至230℃左右,上部得到铝-磷-锡晶种合金锭,剩余熔体倒入模具中得到锡基合金副产品。
[0026] 按照上述原料配比和制备工艺可得到铝-磷-锡晶种合金,其化学成分的质量百分比为:磷4.2,锡2.5,其余为铝;磷化铝晶种质量百分比为7.8,尺寸介于0.5-6μm之间。
[0027] 实施例3
[0028] (1)按质量百分比称取原料工业纯铝82.0及锡磷合金18.0,其中锡磷合金的化学成分的质量百分比为:锡65.0,磷35.0;
[0029] (2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至800℃,待温度稳定后加入锡磷合金,搅拌3分钟后静置保温45分钟,使锡磷合金中磷化锡与铝完全反应得到尺寸介于1-8μm之间的磷化铝晶种,锡溶解于铝熔体中;
[0030] (3)将步骤(2)中得到的熔体体搅拌均匀后静置16min,采用自上而下定向凝固的方式逐步降温至230℃左右,上部得到铝-磷-锡晶种合金锭,剩余熔体倒入模具中得到锡基合金副产品。
[0031] 按照上述原料配比和制备工艺可得到铝-磷-锡晶种合金,其化学成分的质量百分比为:磷7.0,锡0.8,其余为铝;磷化铝晶种质量百分比为13,尺寸介于1-8μm之间。
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