[發(fā)明專利]一種鋁?硅?鈰中間合金及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710120436.8
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN106834773A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石磊;宋文婷;房玉爍
• 申請（專利權(quán)）人: 山東建筑大學(xué)
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/02
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種鋁-硅-鈰中間合金及其制備方法。

背景技術(shù)

鋁合金因重量輕，資源豐富，綜合性能好，所以在機械、交通運輸、航天與軍事工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用逐年增加。生產(chǎn)高質(zhì)量的鋁合金，控制鑄錠組織是十分重要的。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的性能，需要對鋁合金熔體進行細化變質(zhì)處理，對硅相適當(dāng)?shù)淖冑|(zhì)處理可以改善鋁合金的組織并極大提高其力學(xué)性能。目前，在國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中主要是通過添加變質(zhì)劑的方法進行硅相的變質(zhì)處理，應(yīng)用廣泛的是Sr變質(zhì)，即Sr 變質(zhì)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(zhuǎn)化為纖維狀，變質(zhì)孕育期為30-40min，變質(zhì)有效期長達5-7h，可反復(fù)重熔；同時Sr變質(zhì)過程中不產(chǎn)生有害氣體，不腐蝕設(shè)備。但用Sr作變質(zhì)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(zhì)效果，最好采用通氬氣、氮氣或真空除氣的方法精煉。Sr變質(zhì)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(jīng)過熔體處理后仍有Al₂SrO₃夾雜，變質(zhì)效果降低，另外，Sr的價格相對較高，變質(zhì)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(yīng)用領(lǐng)域。為此，經(jīng)過大量的實驗，發(fā)明了一種新型中間合金，作為過共晶鋁硅合金組織硅相變質(zhì)孕育使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能有效孕育變質(zhì)過共晶鋁硅合金中硅相形態(tài)的鋁-硅-鈰中間合金，同時提供一種工藝簡單、成本低、適合工業(yè)生產(chǎn)的制備工藝及方法。

本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的：

一種鋁-硅-鈰中間合金，包含鋁、硅、鈰三種主要元素，各組分的質(zhì)量百分比分別是：鋁60.00%-95.00%，硅1.00%-30.00%，鈰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CeSi₂粒子，且數(shù)量多，鈰元素可以是以鋁-鈰中間合金或純金屬鈰加入。

上述鋁-硅-鈰中間合金的制備方法，其特征包含以下步驟：

鋁-硅-鈰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(zhì)量的金屬鈰或鋁-鈰中間合金、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(yù)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(zhì)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(zhì)元素的污染。

具體實施方式

下面給出本發(fā)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-Ce中間合金的過程如下：

（1）原料準備：鋁錠、高純硅、金屬鈰、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(zhì)量分數(shù)比Si/Ce=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(zhì)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(zhì)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，先將已稱量的金屬鈰用鋁箔紙包好，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(shè)定為800℃，每隔15min攪拌一次，以保證反應(yīng)完全進行；混合熔體在電阻爐中保溫1h，加入占總質(zhì)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-2Ce中間合金的過程如下：

（1）原料準備：鋁錠、高純硅、金屬鈰、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(zhì)量分數(shù)比Si/Ce=10/2稱量所需的原料，鋁的燒損率為2-3%。