[發(fā)明專利]一種鋁-鑭-鈰-磷中間合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210007409.7
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102534312A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉相法;包國菊;左敏
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03;C22C21/04
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，涉及一種能夠細化鋁-硅系合金中初晶硅并變質(zhì)共晶硅的鋁-鑭-鈰-磷中間合金及其制備方法。

背景技術(shù)

過共晶鋁-硅合金的力學性能主要受合金中初晶硅的形狀尺寸以及共晶硅形貌的影響。初晶硅的細化劑主要是磷，使共晶硅變質(zhì)的元素主要有鍶和鈉等。目前，國內(nèi)外實際生產(chǎn)中通常采取磷細化初晶硅，如赤磷復(fù)合變質(zhì)劑、磷鹽、銅-磷和鋁-磷中間合金等。加磷雖能有效細化初晶硅，但卻不能變質(zhì)共晶硅；加入鍶或鈉雖然能變質(zhì)共晶硅，但卻不能細化初晶硅；同時加入磷與鍶(或鈉)，細化和變質(zhì)作用相互抵消。文獻[孔凡校，李華基，德雪紅.稀土在鋁-硅活塞合金中的作用及其機理.2007(4)：36-39]中報道，稀土對鋁-硅合金中的共晶硅具有一定的變質(zhì)作用，但對初晶硅卻沒有明顯的細化效果。另有文獻[歐陽志英，毛協(xié)民，唐多光，張金龍，等.稀土對過共晶Al-Si合金P變質(zhì)效果的影響.2003(1)]報道，磷-稀土變質(zhì)劑，即將磷與稀土分別加入到鋁-硅合金中能起到細化初晶硅以及變質(zhì)共晶硅的雙重作用。但由于未能將兩者熔制成低熔點合金，使之細化和變質(zhì)效果不穩(wěn)定，因而至今未能在生產(chǎn)中獲得應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種同時含有磷、鑭和鈰的低熔點鋁-鑭-鈰-磷中間合金及其制備方法，該中間合金中鑭、鈰與磷化合成磷化鑭和(或)磷化鑭鈰，它具有細化和變質(zhì)雙重功效，且具有效果穩(wěn)定、無污染等優(yōu)點。

本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的：

一種鋁-鑭-鈰-磷中間合金，其特征是：所含組分的質(zhì)量百分比為鋁75.0-97.0％，鑭2.0-18.0％，鈰0.5-10.0％，磷0.5-3.5％；磷主要以磷化鑭和(或)磷化鑭鈰形式存在于中間合金體系中。而磷化鑭和(或)磷化鑭鈰粒子在加入到過共晶鋁-硅合金熔體中后，能夠與鋁熔體原位反應(yīng)生成磷化鋁，為初晶硅提供異質(zhì)生核襯底；同時還原出高活性的鑭、鈰元素，起到變質(zhì)共晶硅的作用。

一種鋁-鑭-鈰-磷中間合金的制備方法，其特征是包括以下步驟：

(1)按以下質(zhì)量百分比準備好制備鋁-鑭-鈰-磷中間合金所需的原料：工業(yè)純鑭2.0-18.0％或富鑭稀土5.0-25.0％，鋁-磷中間合金6.0-75.0％，余為工業(yè)純鋁；其中，鋁-磷中間合金的含磷量為1.0-6.5％；富鑭稀土的鑭含量為40-85％，其余為鈰。

(2)將工業(yè)純鋁置于熔煉爐中熔化至700-1000℃，加入鋁-磷中間合金，攪拌3-5分鐘；

(3)向該熔體中加入工業(yè)純鑭或富鑭稀土，升溫至1200℃-1500℃，保溫5-15分鐘，攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。

采用鋁-鑭-鈰-磷中間合金對鋁-硅系合金進行細化處理時，初晶硅及共晶硅的細化和變質(zhì)同步，加入該中間合金保溫15分鐘后，即可使A390合金中的初晶硅尺寸由120μm以上細化至25μm以下，共晶硅形貌由粗片狀變?yōu)樯汉鳡?，是一種高效環(huán)保型中間合金細化變質(zhì)劑。

具體實施方式

下面給出本發(fā)明的三個最佳實例。

實施例1

(1)按工業(yè)純鋁35.0％、鋁-磷中間合金50.0％、工業(yè)純鑭10.0％、富鑭稀土5％的質(zhì)量百分比稱取原料，其中鋁-磷中間合金的含磷量為6.5％，富鑭稀土中鑭含量為80.0％，其余為鈰。

(2)在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至700℃-1000℃，先加入鋁-磷中間合金，經(jīng)攪拌3-5分鐘后，再加入工業(yè)純鑭。

(3)升溫至1200℃-1500℃，反應(yīng)5-15分鐘，攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。

按照上述配比和工藝得到一種適用高硅鋁合金的鋁-鑭-鈰-磷中間合金，其化學成分的質(zhì)量百分比為：磷2.7-3.3，鑭13.5-14.5，鈰0.8-1.2％，其余為鋁。

實施例2

(1)按工業(yè)純鋁53.6％、鋁-磷中間合金36.4％、富鑭稀土10.0％的質(zhì)量百分比稱取原料，其中鋁-磷中間合金的含磷量為5.5％，富鑭稀土中鑭含量為50.0％，其余為鈰。

(2)在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至700℃-1000℃，先加入鋁-磷中間合金，經(jīng)攪拌3-5分鐘后，再加入富鑭稀土。

(3)升溫至1200℃-1500℃，反應(yīng)5-15分鐘，攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。

按照上述配比和工藝得到一種鋁-鑭-鈰-磷中間合金，其化學成分的質(zhì)量百分比為：磷1.9-2.1，鑭4.5-5.0，鈰4.5-5.0，其余為鋁，以滿足近共晶Al-Si合金變質(zhì)與細化工藝的需要。

實施例3