專利名稱：一種鋁合金磷變質(zhì)劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變質(zhì)劑技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，特別涉及一種鋁合金磷變質(zhì)劑。
背景技術(shù)：
在鑄造Al-Si合金中，未經(jīng)細化的初晶硅呈不規(guī)則的塊狀或板條狀，尺寸較大，嚴重割裂鋁基體，容易在硅相尖端和棱角處引起應(yīng)力集中，尤其是在產(chǎn)生熱變形后，初晶硅周圍的熱應(yīng)力超過初晶硅的強度極限時，初晶硅斷裂，成為裂紋源，降低合金機械性能。初晶硅尺寸越大，則其周圍的熱應(yīng)力越大，初晶硅斷裂傾向性越強。因此，在發(fā)動機活塞的生產(chǎn)中必須對合金中的初晶硅進行變質(zhì)細化處理，以提高合金的力學(xué)性能，保證活塞的使用性能。在工業(yè)生產(chǎn)中，普遍采用P變質(zhì)的方法對初晶硅進行變質(zhì)細化，微量P的加入可使初晶硅尺寸減小、分布均勻且形貌圓潤化，可明顯提高合金的力學(xué)性能。
磷變質(zhì)機理磷加入鋁硅合金中，在800°C時和鋁反應(yīng)生成A1P，其熔點為1060°C，在不高于850°C的溫度下不會分解，密度為2. 85g/cm3,比液態(tài)鋁硅合金2. 68g/cm3略高，不漂浮，因此可作為穩(wěn)定的外來晶核。AlP和硅具有金剛石型結(jié)構(gòu)的晶體特性，晶格常數(shù)相近(Si a0=0. 542nm ；A1P a0=0. 545nm),最小原子間距離也十分接近。因此,合金液經(jīng)變質(zhì)處理后，AlP微粒能夠在合金凝固過程中為初晶硅的析出提供形核襯底，成為初晶硅的結(jié)晶核心，使初晶硅的形核率增加，促進初晶硅細化。磷加入鋁硅合金中，在800°C時和鋁反應(yīng)生成A1P，其熔點為1060°C，在不高于8500C的溫度下不會分解，密度為2. 85g/cm3,比液態(tài)鋁硅合金2. 68g/cm3略高，不漂浮，因此可作為穩(wěn)定的外來晶核。AlP和硅具有金剛石型結(jié)構(gòu)的晶體特性，晶格常數(shù)相近(Si a0=0. 542nm ；A1P a0=0. 545nm)，最小原子間距離也十分接近。因此，合金液經(jīng)變質(zhì)處理后，AlP微粒能夠在合金凝固過程中為初晶硅的析出提供形核襯底，成為初晶硅的結(jié)晶核心，使初晶硅的形核率增加，促進初晶硅細化。目前，行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的磷變質(zhì)劑有含赤磷粉的混合鹽、磷化物混合鹽和Cu-P中間合金。最早的時候單獨采用赤磷粉，現(xiàn)由于環(huán)保的原因，很少單獨使用。還有Al-P中間合金變質(zhì)劑，但由于其技術(shù)尚不成熟，也未獲得廣泛運用?，F(xiàn)有技術(shù)存在以下幾方面的缺陷第一，含赤磷粉的混合鹽中由于赤磷的存在，變質(zhì)反應(yīng)會產(chǎn)生大量煙塵，同時各種鹽類對坩堝有腐蝕作用，降低坩堝使用壽命，同時由于含赤磷粉的混合鹽中的P在變質(zhì)反應(yīng)過程中大部分被燃燒消耗掉了，留在合金中P含量較少，即含赤磷粉的混合鹽的P吸收率較低，因此要想保證合金中的P含量控制在要求范圍內(nèi)，需要加入較多的含赤磷粉的混合鹽才能實現(xiàn)，從而提高了變質(zhì)劑的材料成本。第二，磷化物混合鹽在變質(zhì)反應(yīng)過程中不會產(chǎn)生大量熱量，必須把鋁液溫度升至800°c以上才能發(fā)生變質(zhì)反應(yīng)，需要在合金熔煉階段加入，延長了 P變質(zhì)劑加入到合金澆鑄完成這一過程的時間。并且磷化物混合鹽的使用是粉末的形式置于鋁液表面，變質(zhì)反應(yīng)并不夠充分，變質(zhì)效果不易保證。第三，Cu-P中間合金和磷化物混合鹽一樣，在變質(zhì)反應(yīng)過程中不會產(chǎn)生大量熱量，通常在合金熔煉階段加入，延長了 P變質(zhì)劑加入到合金澆鑄完成這一過程的時間。同時，Cu-P中間合金的密度大于鋁液，容易產(chǎn)生偏析，為了保證變質(zhì)效果，對工藝參數(shù)控制要求較高。綜上所述，研究一種產(chǎn)生的煙塵少、更加環(huán)保、磷吸收率高的鋁合金變質(zhì)劑，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為提供一種鋁合金磷變質(zhì)劑。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種鋁合金磷變質(zhì)劑，所述鋁合金磷變質(zhì)劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分10 25%的含碳可燃粉末、30 70%的CuP8合金、10 25%的KC1、3 10%的K2TiF6和3 KFJ^K2ZrF6，上述組分研磨成粉末后充分混合。這樣，鋁合金磷變質(zhì)劑由無煙煤粉、CuPS合金、KCl、K2TiF6和K2ZrF6以一定比例組成，其中無煙煤粉起燃燒放熱作用，以升高變質(zhì)反應(yīng)界面溫度，并且不會產(chǎn)生大量煙塵，無煙煤粉應(yīng)盡量細小均勻；CuP8合金熔點低，易于溶 解于鋁合金中，與鋁液發(fā)生變質(zhì)反應(yīng)，CuP8合金顆粒應(yīng)盡量細小；KCl、K2TiF6和K2ZrF6作為緩沖劑，緩和變質(zhì)反應(yīng)和碳粉的燃燒，使變質(zhì)反應(yīng)不會過于劇烈，同時K2TiF6和K2ZrF6還作為晶粒細化劑，改善合金力學(xué)性能。該鋁合金磷變質(zhì)劑的各種成分按比率均勻混合，并通過壓制設(shè)備壓制成預(yù)定重量的塊狀或圓柱狀成品。進一步地，所述鋁合金磷變質(zhì)劑各組分的質(zhì)量百分含量為15 25%的含碳可燃粉末、45 55%的CuP8合金、15 25%的KC1、5 8%的K2TiF6和5 8%的K2ZrF6。進一步地，所述CuP8合金的粒徑小于或者等于5 mm。進一步地，所述含碳可燃粉末為無煙煤、碳粉或者煤粉中的至少一種。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的鋁合金磷變質(zhì)劑由于煤粉(無煙煤粉)的存在，在磷變質(zhì)劑加入鋁合金中后，能夠燃燒放出熱量，使局部鋁液溫度升高，達到變質(zhì)反應(yīng)所需的工藝溫度(800°C以上)。因此變質(zhì)劑能夠在合金精煉階段770 800°C范圍內(nèi)加入，充分進行變質(zhì)反應(yīng)，獲得良好的變質(zhì)效果，從而縮短磷變質(zhì)劑加入到合金澆鑄完成這一過程的時間，保證變質(zhì)效果的穩(wěn)定。該鋁合金變質(zhì)劑中的煤粉(無煙煤粉)不會像赤磷粉一樣在變質(zhì)反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量煙塵，有利于工作環(huán)境的改善。本發(fā)明的鋁合金磷變質(zhì)劑中的CuP8合金本身的磷吸收率就比磷鹽高，加上CuP8合金的粒度控制在比較細小的范圍內(nèi)、加入溫度適宜，使變質(zhì)反應(yīng)充分、迅速，由于磷燒損量較低，使得鋁合金磷變質(zhì)劑的磷吸收鋁大幅提高，從而降低了變質(zhì)劑的材料成本。本發(fā)明的鋁合金磷變質(zhì)劑，由于能夠在合金精煉過程中加入，故只需對合金精煉溫度進行控制就獲得良好的變質(zhì)效果，而一般合金的精煉溫度本身就是必須控制的，因此本發(fā)明的鋁合金變質(zhì)劑對工藝參數(shù)的控制要求較低，容易保證良好的變質(zhì)效果。本發(fā)明的鋁合金磷變質(zhì)劑與磷鹽相比，產(chǎn)生的煙塵少，更加環(huán)保，磷吸收率高，降低了材料成本；該鋁合金磷變質(zhì)劑與單獨的Cu-P合金相比，其能夠在合金精煉過程加入，大幅縮短了磷變質(zhì)劑加入到合金澆鑄完成這一過程的時間，能夠保證變質(zhì)效果的穩(wěn)定。
具體實施例方式本發(fā)明的核心為提供一種鋁合金磷變質(zhì)劑。
為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面的具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施例一 本實施例提供了一種鋁合金磷變質(zhì)劑，該鋁合金磷變質(zhì)劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分10 25%的含碳可燃粉末、30 70%的CuP8合金、10 25%的KC1、3 10%的K2TiF6和3 10%的K2ZrF6,上述組分經(jīng)選定后，各自研磨成粉末后充分混合均勻，再通過設(shè)備壓制成預(yù)定重量的塊狀或圓柱狀成品。其中，CuPS合金的粒徑小于或者等于5 mm。含碳可燃粉末為無煙煤、碳粉或者煤粉中的至少一種。實施例二本實施例提供了一種鋁合金磷變質(zhì)劑，該鋁合金磷變質(zhì)劑各組分的質(zhì)量百分含量為15 25%的含碳可燃粉末、45 55%的CuP8合金、15 25%的KC1、5 8%的K2TiF6和5 8%的K2ZrfV上述組分經(jīng)選定后，各自研磨成粉末后充分混合均勻，再通過設(shè)備壓 制成預(yù)定重量的塊狀或圓柱狀成品。其中，CuPS合金的粒徑小于5 mm。含碳可燃粉末為無煙煤、碳粉或者煤粉中的至少一種。實施例三本實施例提供了一種鋁合金磷變質(zhì)劑，該鋁合金磷變質(zhì)劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分10%的含碳可燃粉末、70%的CuP8合金、10%的KC1、5%的K2TiF6和5%的K2ZrF6，上述組分經(jīng)選定后，各自研磨成粉末后充分混合均勻，再通過設(shè)備壓制成預(yù)定重量的塊狀或圓柱狀成品。其中，CuPS合金的粒徑小于或者等于5 mm。含碳可燃粉末為無煙煤、碳粉或者煤粉中的至少一種。實施例四本實施例提供了一種鋁合金磷變質(zhì)劑，該鋁合金磷變質(zhì)劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分25%的含碳可燃粉末、30%的CuP8合金、25%的KC1、10%的K2TiF6和10%的K2ZrF6,上述組分經(jīng)選定后，各自研磨成粉末后充分混合均勻，再通過設(shè)備壓制成預(yù)定重量的塊狀或圓柱狀成品。其中，CuPS合金的粒徑小于或者等于5 mm。含碳可燃粉末為無煙煤、碳粉或者煤粉中的至少一種。實施例五本實施例提供了一種鋁合金磷變質(zhì)劑，該鋁合金磷變質(zhì)劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分15%的含碳可燃粉末、60%的CuP8合金、15%的KC1、3%的K2TiF6和7%的K2ZrF6,上述組分經(jīng)選定后，各自研磨成粉末后充分混合均勻，再通過設(shè)備壓制成預(yù)定重量的塊狀或圓柱狀成品。其中，CuPS合金的粒徑小于或者等于5 mm。含碳可燃粉末為無煙煤、碳粉或者煤粉中的至少一種。實施例六 本實施例提供了一種鋁合金磷變質(zhì)劑，該鋁合金磷變質(zhì)劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分15%的含碳可燃粉末、55%的CuP8合金、20%的KC1、7%的K2TiF6和3%的K2ZrF6,上述組分經(jīng)選定后，各自研磨成粉末后充分混合均勻，再通過設(shè)備壓制成預(yù)定重量的塊狀或圓柱狀成品。其中，CuPS合金的粒徑小于或者等于5 mm。含碳可燃粉末為無煙煤、碳粉或者煤粉中的至少一種。實施例七
本實施例提供了一種鋁合金磷變質(zhì)劑，該鋁合金磷變質(zhì)劑各組分的質(zhì)量百分含量為20%的含碳可燃粉末、50%的CuP8合金、20%的KC1、5%的K2TiF6和5%的K2ZrF6。稱取上述各組分后，各自研磨成粉末后充分混合均勻，再通過設(shè)備壓制成預(yù)定重量的塊狀成品。其中，CuPS合金的粒徑小于5 mm。含碳可燃粉末為無煙煤。實施例八本實施例提供了一種鋁合金磷變質(zhì)劑，該鋁合金磷變質(zhì)劑各組分的質(zhì)量百分含量為20%的含碳可燃粉末、50%的CuP8合金、20%的KCUK2TiF6和K2ZrF6 —起占該鋁合金磷變質(zhì)劑總量的10%，K2TiF6和K2ZrF6兩者的比例可以任意選定。上述組分經(jīng)選定后，各自研磨成粉末后充分混合均勻，再通過設(shè)備壓制成預(yù)定重量的塊狀或圓柱狀成品。其中，CuPS合金的粒徑不大于5 mm。含碳可燃粉末為碳粉。所得鋁合金磷變質(zhì)劑的理化性能見表1，表I中鋁合金磷變質(zhì)劑的理化性能取用數(shù)據(jù)為各個實施例在應(yīng)用過程中所得性能數(shù)據(jù)的范圍值。表一實施例與對比例的磷變質(zhì)劑的性能對比
權(quán)利要求
1.一種鋁合金磷變質(zhì)劑，其特征在于，所述鋁合金磷變質(zhì)劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分10 25%的含碳可燃粉末、30 70%的CuP8合金、10 25%的KCl、3 10%的K2TiF6和 3 10% 的 K2ZrF60
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁合金磷變質(zhì)劑，其特征在于，所述鋁合金磷變質(zhì)劑各組分的質(zhì)量百分含量為15 25%的含碳可燃粉末、45 55%的CuP8合金、15 25%的KCl、5 8% 的 K2TiF6 和 5 8% 的 K2ZrF60
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鋁合金磷變質(zhì)劑，其特征在于，所述CuPS合金的粒徑小于或者等于5 mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鋁合金磷變質(zhì)劑，其特征在于，所述含碳可燃粉末為無煙煤、碳粉或者煤粉中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金磷變質(zhì)劑，所述鋁合金磷變質(zhì)劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分10～25%的含碳可燃粉末、30～70%的CuP8合金、10～25%的KCl、3～10%的K2TiF6和3～10%的K2ZrF6，上述組分研磨成粉末后充分混合。本發(fā)明的鋁合金磷變質(zhì)劑與磷鹽相比，產(chǎn)生的煙塵少，更加環(huán)保，磷吸收率高，降低了材料成本。
文檔編號C22C1/06GK102978487SQ20121055241
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者王熹, 易綠林, 何德生, 朱億鵬 申請人:湖南江濱機器(集團)有限責(zé)任公司