專利名稱：一種亞共晶鑄造鋁硅合金用高效復合變質細化劑及處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種亞共晶鑄造鋁硅合金的變質細化技術。
背景技術：
亞共晶鋁硅合金作為鑄造鋁硅合金材料的重要組成部分，因其具有優(yōu)良的鑄造性能和良好的力學性能與物理化學性能，目前已被廣泛應用到航空航天、汽車及其它運載機械上。由于亞共晶鋁硅合金的力學性能與合金組織中共晶硅的形態(tài)及尺寸密切相關，一般而言，合金組織中共晶硅的尺寸越小、形狀越圓整，合金的力學性能越高?？紤]到合金在未變質時，合金組織中的共晶硅主要以粗大針片狀形態(tài)出現，嚴重割裂基體，從而導致合金的力學性能，尤其是韌性降低。而通過變質細化處理，則可改變合金共晶硅的形態(tài)及尺寸，從粗大的針片狀變?yōu)榧毿〉睦w維狀或層片狀(鑄態(tài))，甚至粒狀(熱處理態(tài))，從而使合金的力學性能得到大幅度提高。自19世紀20年代Pacz發(fā)現Na對亞共晶鋁硅合金有變質作用以來，亞共晶鋁硅合金變質細化處理研究一直是國內外關注的重點課題之一。而在亞共晶鋁硅合金變質細化處理的眾多研究內容里，變質細化劑研制及其處理工藝尤為關鍵，可以說是以往進行的亞共晶鋁硅合金的變質細化處理研究均是以這一主題為基礎展開的。
目前，國內外已報道研制開發(fā)出的亞共晶鋁硅合金用變質劑或細化劑的種類較多，添加的化學元素主要有Na、Sr、Te、Sb、RE、Bi、Ba、B、Ti或這些元素的部分復合添加，元素提供的形式有鹽類、中間合金或單質等。盡管這些已報道的變質劑或細化劑均具有各自的優(yōu)勢，但從報道的研究結果或實際應用情況看，仍然存在眾多的問題有的制作工藝復雜且不易保；有的處理工藝復雜、操作難度大；有的變質潛伏期長、吸氣傾向嚴重、易產生偏析；有的價格昂貴、成本太高；有的變質或細化效果差，易出現變質衰退；有的僅對特定的合金具有變質或細化作用；有的功能單一，不同時具有變質和細化作用。也正是由于上述存在的問題，造成這些已研制出的變質劑或細化劑在亞共晶鋁硅合金中的應用都受到了一定程度的限制。因此，開發(fā)研制亞共晶鋁硅合金用高效復合變質細化劑對于擴大亞共晶鋁硅合金的應用范圍具有非常重要的理論意義和實際應用價值。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有亞共晶鋁硅合金用變質劑或細化劑的不足，提出一種用于亞共晶鋁硅合金的高效復合變質細化劑，包括處理工藝，制得的復合變質細化劑具有精煉、變質和細化多重作用且效果良好、抗變質衰退能力強、制作成本低廉、處理工藝簡單。
為實現上述目的，本發(fā)明在已有亞共晶鋁硅合金用變質劑或細化劑取得的研究成果基礎上，通過大量實驗，并結合工業(yè)生產的實際應用，研制開發(fā)出了一種用于亞共晶鋁硅合金的高效復合變質細化劑，其成分范圍為(重量百分比)103～30％氯化鈉(NaCl)，10～15％氯化鉀(KCl)，10～20％氟化鈉(NaF)，1～30％氟硼酸鉀(KBF4)，1～20％的氟鈦酸鉀(K2TiF6)，1～20％碳酸鍶(SrCO3)，1～15％氟化鈰(CeF)，5～20％顆粒狀富鑭混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中鑭含量大于60％，顆粒尺寸不大于1毫米)，1～5％六氯乙烷(C2Cl6)。
本復合變質細化劑成分的重量百分比優(yōu)選為20～30％氯化鈉NaCl，10～15％氯化鉀KCl，10～15％氟化鈉NaF，20～30％氟硼酸鉀KBF4，10～20％的氟鈦酸鉀K2TiF6，5～15％碳酸鍶SrCO3，2～10％氟化鈰CeF，2～5％六氯乙烷C2Cl6，5～10％顆粒狀富鑭混合稀土。
上述成分的重量百分比進一步的優(yōu)選范圍為20～25％氯化鈉NaCl， 10～15％氯化鉀KCl，10～15％氟化鈉NaF，20～25％氟硼酸鉀KBF4，10～15％的氟鈦酸鉀K2TiF6，5～10％碳酸鍶SrCO3，4～6％氟化鈰CeF，3～4％六氯乙烷C2Cl6，5～8％顆粒狀富鑭混合稀土。
該復合變質細化劑中各組份的作用為氯化鈉、氯化鉀、氟化鈉和SrCO3主要起變質作用，其主要通過和亞共晶鋁硅合金熔體反應置換出具有變質作用的Na、K和Sr等元素來實現；KBF4和K2TiF6主要起細化作用，其主要通過和亞共晶鋁硅合金熔體反應，生成可成為α-Al異質形核核心的B2Al、TiAl3和TiB2等化合物來實現；氟化鈰和富鑭混合稀土除了起變質作用和細化作用外，還有精煉除氣和除渣等作用。六氯乙烷主要起精煉除氣和除渣作用，此外，其與鋁合金熔液反應產生的氣泡還可以對合金液起攪拌作用。
本發(fā)明提供的高效復合變質細化劑的生產方法為將原材料首先在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按重量百分比稱取原材料；在室溫下將已按重量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機中機械混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待亞共晶鋁硅合金變質細化處理時用。
本發(fā)明提供的高效復合變質細化劑的處理工藝為亞共晶鋁硅合金在坩堝中熔化后升溫到720～740℃扒渣；扒渣后靜置3～5分鐘，然后在750～780℃間將預熱后的占合金爐料重量的1～10％復合變質細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行15～20分鐘的精煉、變質和細化處理；處理完畢后靜置5～10分鐘可得變質細化效果良好的亞共晶鋁硅合金熔體。
本發(fā)明提供的高效復合變質細化劑具有顯著的優(yōu)點，該復合變質細化劑將亞共晶鋁硅合金的精煉處理、變質處理和細化處理合為一體，簡化了亞共晶鋁硅合金的熔體處理工藝，降低了成本，且經大量實驗和生產實踐證實，具有非常好的變質細化效果，改善了合金的性能。
具體實施例方式以下通過五個具體的實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步描述。
實施例1
高效復合變質細化劑的成分(重量百分比)20％氯化鈉(NaCl)，12％氯化鉀(KCl)，10％氟化鈉(NaF)，25％氟硼酸鉀(KBF4)，15％的氟鈦酸鉀(K2TiF6)，5％碳酸鍶(SrCO3)，4％氟化鈰(CeF)，5％顆粒狀富鑭混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中鑭含量大于60％，顆粒尺寸不大于1毫米)，4％六氯乙烷(C2Cl6)。
高效復合變質細化劑的生產方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按重量百分比稱取原材料；在室溫下將已按重量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機中機械混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待亞共晶鋁硅合金變質細化處理時用。
使用時，當亞共晶鋁硅合金在坩堝中熔化后升溫到720℃扒渣；扒渣后靜置3～5分鐘，然后在750～780℃間將預熱后的占合金爐料重量的4％復合變質細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行15～20分鐘的精煉、變質和細化處理；處理完畢后扒渣，然后靜置5～10分鐘即可。用于ZL101(Al-7Si-0.3Mg)亞共晶鋁硅合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，共晶硅被變質為變?yōu)榧毿〉睦w維狀，晶粒平均尺寸為98um，金屬型試樣的室溫抗拉強度為193MPa、延伸率為5.7％。
實施例2高效復合變質細化劑的成分(重量百分比)25％氯化鈉(NaCl)，10％氯化鉀(KCl)，15％氟化鈉(NaF)，20％氟硼酸鉀(KBF4)，10％的氟鈦酸鉀(K2TiF6)，7％碳酸鍶(SrCO3)，5％氟化鈰(CeF)，5％顆粒狀富鑭混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中鑭含量大于60％，顆粒尺寸不大于1毫米)，3％六氯乙烷(C2Cl6)。
高效復合變質細化劑的生產方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按重量百分比稱取原材料；在室溫下將已按重量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機中機械混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待亞共晶鋁硅合金變質細化處理時用。
使用時，當亞共晶鋁硅合金在坩堝中熔化后升溫到730℃扒渣；扒渣后靜置3～5分鐘，然后在750～780℃間將預熱后的占合金爐料重量的5％復合變質細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行15～20分鐘的精煉、變質和細化處理；處理完畢后扒渣，然后靜置5～10分鐘即可。用于ZL101(Al-7Si-0.3Mg)亞共晶鋁硅合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，共晶硅被變質為變?yōu)榧毿〉睦w維狀，晶粒平均尺寸為94um，金屬型試樣的室溫抗拉強度為196MPa、延伸率為6％。
實施例3高效復合變質細化劑的成分(重量百分比)30％氯化鈉(NaCl)，10％氯化鉀(KCl)，15％氟化鈉(NaF)，20％氟硼酸鉀(KBF4)，5％的氟鈦酸鉀(K2TiF6)，12％碳酸鍶(SrCO3)，2％氟化鈰(CeF)，5％顆粒狀富鑭混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中鑭含量大于60％，顆粒尺寸不大于1毫米)，1％六氯乙烷(C2Cl6)。
高效復合變質細化劑的生產方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按重量百分比稱取原材料；在室溫下將已按重量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機中機械混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待亞共晶鋁硅合金變質細化處理時用。
使用時，當亞共晶鋁硅合金在坩堝中熔化后升溫到740℃扒渣；扒渣后靜置3～5分鐘，然后在750～780℃間將預熱后的占合金爐料重量的3％復合變質細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行15～20分鐘的精煉、變質和細化處理；處理完畢后扒渣，然后靜置5～10分鐘即可。用于ZL101(Al-7Si-0.3Mg)亞共晶鋁硅合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，共晶硅被變質為變?yōu)榧毿〉睦w維狀，晶粒平均尺寸為100um，金屬型試樣的室溫抗拉強度為190MPa、延伸率為5.5％。
實施例4高效復合變質細化劑的成分(重量百分比)20％氯化鈉(NaCl)，20％氯化鉀(KCl)，18％氟化鈉(NaF)，13％氟硼酸鉀(KBF4)，10％的氟鈦酸鉀(K2TiF6)，8％碳酸鍶(SrCO3)，1％氟化鈰(CeF)，7％顆粒狀富鑭混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中鑭含量大于60％，顆粒尺寸不大于1毫米)，3％六氯乙烷(C2Cl6)。
高效復合變質細化劑的生產方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按重量百分比稱取原材料；在室溫下將已按重量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機中機械混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待亞共晶鋁硅合金變質細化處理時用。
使用時，當亞共晶鋁硅合金在坩堝中熔化后升溫到740℃扒渣；扒渣后靜置3～5分鐘，然后在750～780℃間將預熱后的占合金爐料重量的5％復合變質細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行15～20分鐘的精煉、變質和細化處理；處理完畢后扒渣，然后靜置5～10分鐘即可。用于ZL105(Al-5Si-1.2Cu-0.5Mg)亞共晶鋁硅合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，共晶硅被變質為變?yōu)榧毿〉睦w維狀，晶粒平均尺寸為86um，金屬型試樣的室溫抗拉強度為214MPa、延伸率為4％。
實施例5高效復合變質細化劑的成分(重量百分比)25％氯化鈉(NaCl)，15％氯化鉀(KCl)，10％氟化鈉(NaF)，10％氟硼酸鉀(KBF4)，15％的氟鈦酸鉀(K2TiF6)，6％碳酸鍶(SrCO3)，5％氟化鈰(CeF)，10％顆粒狀富鑭混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中鑭含量大于60％，顆粒尺寸不大于1毫米)，4％六氯乙烷(C2Cl6)。
高效復合變質細化劑的生產方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按重量百分比稱取原材料；在室溫下將已按重量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機中機械混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待亞共晶鋁硅合金變質細化處理時用。
使用時，當亞共晶鋁硅合金在坩堝中熔化后升溫到740℃扒渣；扒渣后靜置3～5分鐘，然后在750～780℃間將預熱后的占合金爐料重量的7％復合變質細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行15～20分鐘的精煉、變質和細化處理；處理完畢后扒渣，然后靜置5～10分鐘即可。用于ZL107(Al-7Si-4Cu)亞共晶鋁硅合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，共晶硅被變質為變?yōu)榧毿〉睦w維狀，晶粒平均尺寸為95um，金屬型試樣的室溫抗拉強度為192MPa、延伸率為3％。
權利要求
1.一種亞共晶鋁硅合金用高效復合變質細化劑，其成分的重量百分比為10～30％氯化鈉NaCl，10～15％氯化鉀KCl，10～20％氟化鈉NaF，1～30％氟硼酸鉀KBF4，1～20％的氟鈦酸鉀K2TiF6，1～20％碳酸鍶SrCO3，1～15％氟化鈰CeF，1～5％六氯乙烷C2Cl6，5～20％顆粒狀富鑭混合稀土；將上述原料加熱去除水份后混合均勻，即可封存待用。
2.根據權利要求2所的亞共晶鋁硅合金用高效復合變質細化劑，其特征在于其成分的重量百分比為20～30％氯化鈉NaCl，10～15％氯化鉀KCl，10～15％氟化鈉NaF，20～30％氟硼酸鉀KBF4，10～20％的氟鈦酸鉀K2TiF6，5～15％碳酸鍶SrCO3，2～10％氟化鈰CeF，2～5％六氯乙烷C2Cl6，5～10％顆粒狀富鑭混合稀土。
3.根據權利要求1所述的亞共晶鋁硅合金用高效復合變質細化劑，其特征在于其成分的重量百分比為20～25％氯化鈉NaCl，10～15％氯化鉀KCl，10～15％氟化鈉NaF，20～25％氟硼酸鉀KBF4，10～15％的氟鈦酸鉀K2TiF6，5～10％碳酸鍶SrCO3，4～6％氟化鈰CeF，3～4％六氯乙烷C2Cl6，5～8％顆粒狀富鑭混合稀土。
4根據權利要求1、2或3所述的硅合金用高效復合變質細化劑，其特征在于富鑭混合稀土的稀土含量大于90％小于100％，并且稀土中的鑭含量大于60％小于100％。
5.根據權利要求1、2或3所述的亞共晶鋁硅合金用高效復合變質細化劑，其特征在于原料的加熱是在烘箱中加熱到100～150℃。
6.根據權利要求1、2或3所述的亞共晶鋁硅合金用高效復合變質細化劑，其特征在于混合采用碾砂機進行機械混合。
7.用權利要求1、2或3所述的復合變質細化劑處理亞共晶鋁硅合金的工藝，先將亞共晶鋁硅合金熔化后升溫720～740℃到后扒渣；扒渣后靜置，然后在750～780℃間將預熱后的占合金爐料重量的1～10％復合變質細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行15～20分鐘的精煉、變質和細化處理；處理完畢后靜置，即得變質細化的亞共晶鋁硅合金熔體。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于亞共晶鋁硅合金的高效復合變質細化劑及處理工藝，其成分范圍為10～30％氯化鈉，10～15％氯化鉀，10～20％氟化鈉，1～30％氟硼酸鉀，1～20％的氟鈦酸鉀，1～20％碳酸鍶，1～15％氟化鈰，5～20％顆粒狀富鑭混合稀土，1～5％六氯乙烷。上述原料加熱去除水份后混合均勻，即可封存待用。處理工藝是亞共晶鋁硅合金在坩堝中熔化后升溫到720～740℃扒渣；扒渣后靜置3～5分鐘，然后在750～780℃間將預熱后的占合金爐料重量的1～10％復合變質細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行15～20分鐘的精煉、變質和細化處理；處理完畢后靜置5～10分鐘可得變質細化效果良好的亞共晶鋁硅合金熔體。該復合變質細化劑將亞共晶鋁硅合金的精煉處理、變質處理和細化處理合為一體，簡化了亞共晶鋁硅合金的熔體處理工藝，降低了成本，且經大量實驗和生產實踐證實，具有非常好的變質細化效果，改善了合金的性能。
文檔編號C22C1/02GK1936044SQ20061005450
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月14日 優(yōu)先權日2006年10月14日
發(fā)明者楊明波, 潘復生, 湯愛濤, 胡紅軍, 代兵 申請人:重慶工學院