[發明專利]一種鋁?硅?鈮中間合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201710043459.3
• 申請日: 2017-01-21
• 公開（公告）號: CN106834768A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 許榮福;孫清洲;王志剛;徐勇;李彥;石磊
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬金屬材料領域，特別涉及一種鋁-硅-鈮中間合金及其制備方法。

背景技術

隨著汽車輕量化的不斷發展和國家節能減排戰略的逐漸實施，以鋁及其合金為代表的輕質合金的應用日益廣泛，尤其是過共晶鋁硅合金的組織和性能要求的提高也越來越迫切。要提高過共晶鋁硅合金性能，需要對鋁合金熔體進行細化變質處理，對硅相適當的變質處理可以改善鋁合金的組織并極大提高其力學性能。目前，在國內外工業生產中主要是通過添加變質劑的方法進行硅相的變質處理，目前應用廣泛的是Sr變質，即Sr 變質通常以 Al-10Sr 中間合金的形式加入，其熔化范圍在 654-770℃之間，易于被鋁液吸收，回收率可達 70%-80%，加入量容易控制，該中間合金加入到鋁熔體中可以使共晶硅由片狀轉化為纖維狀，變質孕育期為30-40min，變質有效期長達5-7h，可反復重熔；同時Sr變質過程中不產生有害氣體，不腐蝕設備。但用Sr作變質劑時鋁合金熔體不宜采用氯氣或氯鹽進行精煉處理，Sr容易燒損，降低Sr的變質效果，最好采用通氬氣、氮氣或真空除氣的方法精煉。Sr變質合金熔體吸氣傾向增加，顯著提高鑄件的針孔度，降低合金的密度，氣孔和氧化夾雜等缺陷嚴重，經過熔體處理后仍有Al₂SrO₃夾雜，變質效果降低。另外，Sr的價格相對較高，變質效果對鑄件冷卻速度也很敏感。所以這也就限制了該中間合金的應用領域。為此，經過大量的實驗，發明了一種新型的中間合金，作為過共晶鋁硅合金組織硅相變質孕育使用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能有效孕育變質過共晶鋁硅合金中硅相形態的鋁-硅-鈮中間合金，同時提供一種工藝簡單、成本低、適合工業生產的制備工藝及方法。

本發明是通過以下方式實現的：

一種鋁-硅-鈮中間合金，包含鋁、硅、鈮三種主要元素，各組分的質量百分比分別是：鋁60.00%-95.00%，硅1.00%-30.00%，鈮0.50%-10.00%；鋁錠純度≥99.9%，該中間合金中彌散分布著微米級的NbSi₂粒子，且數量多，鈮元素可以是以鋁-鈮中間合金或純金屬鈮加入。

上述鋁-硅-鈮中間合金的制備方法，其特征包含以下步驟：

鋁-硅-鈮中間合金的制備方法是：首先將純鋁置于電阻爐中熔化并升溫至800-1200℃，在熔化的鋁熔體中依次加入一定質量的金屬鈮或鋁-鈮中間合金、高純硅，然后用石墨棒充分攪拌后置于電阻爐中保溫，每隔10min-15min用石墨棒攪拌一次；待混合熔體保溫達到預定時間，將混合熔體靜置5min，壓入六氯乙烷精煉并扒渣，最后將混合熔體澆注成錠或連鑄制成線材。

上述所述的六氯乙烷在烘干箱中將水分烘干；將使用的模具和扒渣所用工具涂刷一層涂料，防止雜質元素Fe的污染。在整個制備過程中選用石墨坩堝進行熔煉，選用石墨棒攪拌，目的是防止其他雜質元素的污染。

具體實施方式

下面給出本發明的兩個最佳實施例。

實施例1

按照如上所述的制備工藝和方法制備Al-5Si-Nb中間合金的過程如下：

（1）原料準備：鋁錠、高純硅、金屬鈮、六氯乙烷等，其中鋁錠純度≥99.9%。

（2）制備1kg的中間合金，按照質量分數比Si/Nb=5/1稱量所需的原料，鋁的燒損率為2-3%。

（3）六氯乙烷置于烘干箱中，在100℃加熱1h，以除去水分。

（4）將所需的模具、扒渣工具涂刷一層涂料，防止Fe等雜質元素的污染，在制備過程中使用石墨坩堝進行熔煉，選用石墨棒進行攪拌，防止其他雜質元素的污染。

（5）利用井式電阻爐將鋁錠熔化并加熱至850 ℃，待鋁錠完全熔化后，先將已稱量的金屬鈮用鋁箔紙包好，并放入于鋁熔體中不斷用石墨棒攪拌后靜置5min；然后加入已稱量的高純硅，用石墨棒攪拌后置于電阻爐中保溫，溫度設定為800℃，每隔15min攪拌一次，以保證反應完全進行；混合熔體在電阻爐中保溫1h，加入占總質量2-3%wt的六氯乙烷進行精煉除氣處理，靜置5min后用扒渣工具拔除熔渣，最后將熔體澆注成錠。

實施例2

按照如上所述的制備工藝和方法制備Al-10Si-2Nb中間合金的過程如下：

（1）原料準備：鋁錠、高純硅、金屬鈮、六氯乙烷等，其中鋁錠純度≥99.9%。

（2）制備1kg的中間合金，按照質量分數比Si/Nb=10/2稱量所需的原料，鋁的燒損率為2-3%。