[發明專利]過共晶鋁硅合金超長效雙重變質的方法

有效

• 申請號: 202011192622.0
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112410591B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 張國華;高曉波;孟現長;范吉超;劉小房
• 申請（專利權）人: 濱州渤海活塞有限公司
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C1/06;C22C21/04
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 韓廣超

本發明公開了過共晶鋁硅合金超長效雙重變質的方法，具體包括以下步驟：1)配料：配置過共晶鋁硅合金；2)根據鋁硅合金的總重量配置氟鹽重量及碳粉重量，配方中：①Si/(Ti+Zr+B+C)的質量比為5≥Si/(Ti+Zr+B+C)≥2；②Ti、Zr、B、C摩爾比為Ti:Zr：B:C＝1:1:2：2；3)首先把配置好的鋁、硅材料加入中頻反應爐中熔化，然后加入配置好的氟硼酸鉀進行反應，再加入氟鈦酸鉀進行反應，然后加入石墨烯進行反應，鋁水升溫后加入氟鋯酸鉀進行反應，反應完成后倒掉剩余液態氟鹽，然后升溫、保溫；4)把中頻爐中鋁液倒入轉運包中，然后倒入鑄錠爐中，待鋁液降溫、氬氣除氣后鑄造成鋁合金錠。

技術領域

本發明涉及鋁合金材料變質方法技術領域，具體涉及一種過共晶鋁硅合金長效雙重變質方法。

背景技術

過共晶鋁硅系合金具有非常好的高溫力學性能，耐磨性能好，體積穩定性好，耐高溫等特點，廣泛應用于汽車發動機活塞、石油工業及其他需要有輕量化要求和耐磨要求的等重要工業領域。由于過共晶鋁硅系中硅元素的含量超過合金的共晶點，所以在合金的微觀鑄造組織中存在了大量的針狀或板片狀共晶硅組織和大量的塊狀初晶硅組織，如果不進行變質處理，組織中塊狀的初晶硅顆粒粗大，共晶硅長度較大。這些粗大的共晶硅、初生硅形貌造成了材料的力學性能下降，不能應用于工業。為了提高過共晶鋁硅系合金材料的性能，傳統的變質工藝是在鋁液中加入含磷的鹽類或Al-P、Cu-P合金等含磷化合物細化變質處理過共晶鋁硅合金中的初晶硅；同時通過添加變質元素Na、Sr、Ba、Te、Sb、S、Y、Ca、Bi、As、Ce、Nd、RE等元素對共晶硅進行變質；或者添加磷和混合稀土復合變質劑,使共晶硅和初晶硅同時得到變質處理，尋求具有良好雙重變質效果，使過共晶鋁硅系合金大量最佳力學性能。

專利CN1242082一種過共晶鋁硅合金變質劑中公開了一種過共晶鋁硅合金變質劑，是由Cu、Ti、La、Ce、Nd、Pr、C、B、和鋁組成，這種變質劑加入過共晶鋁合金中后，并附之以惰性氣體吹煉攪拌，既可以使過共晶鋁硅合金中共晶硅變質，又可以使初晶硅變質，且初晶硅尺寸長期(8小時)維持在50um以下。精煉凈化效果也能保持5－10小時，無污染。

1998年熱加工工藝第4期中論文《Ce-P對過共晶鋁硅合金的雙重變質作用》中，研究了P、Ce及其復合加入對過共晶Al－20％Si合金的變質作用，對變質效果進行了綜合比較。結果表明，P、Ce復合變質能同時細化初晶硅和共晶硅，且變質效果能持續5h。

現有的過程鋁硅合金變質技術主要是在合金中添加變質元素為主要技術手段，其中變質初晶硅主要是鋁液中添加P元素后，在組織中形成AlP，凝固過程中初晶硅以AlP為晶核凝固從而等到細小顆粒的初晶硅，如果要實現雙重變質還需要再添加Na、Sr、Ba、Te、Sb、S、Y、Ca、Bi、As、Ce、Nd、RE等元素，但是由于P元素與大多數元素發生反應，從而無法實現雙重變質，或者雖然不與如S、Ce、Nd、Y、RE等元素發生反應但是在共同加入變質過程中有互相削弱作用，造成需要大量添加變質元素，變質效果一般，變質有效時間較短，很難超過10小時還能為此初期的變質效果；并且幾乎所有的靠添加變質元素的變質處理方式在重新進行熔化后，由于變質元素燒損，偏析等原因造成變質效果會有所削弱，都需要再次添加一定量的變質元素進行補充,這造成了質量波動和浪費。

發明內容

本發明就是為了克服上述現有技術存在的缺點，提供一種過共晶鋁硅合金超長效雙重變質的方法。本發明通過原位反應在過共晶鋁硅系合金中生成微米級、亞微米級TiCB、ZrCB陶瓷顆粒，這些陶瓷顆粒在鋁液凝固的過程中分別到共晶硅、初晶硅晶界處分布，阻止共晶硅和初晶硅的長大，這樣就可以同時實現共晶硅和初晶硅的雙重變質；由于陶瓷顆粒在鋁液中是穩定存在，不會與任何元素發生反應、不在需要變質元素，不會發生分解，所以不會出現共晶硅和初晶硅變質干擾問題；同時只要這些陶瓷可以存于鋁液中，雙重變質就不會出現失效問題，這樣就可以實現對初晶硅、共晶硅無限時間的變質作用，即使是對鋁錠進行多次重熔，仍然可以實現雙重變質功效，保持過共晶鋁硅系合金大量最佳力學性能。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：