CN1932055A - 一种硅基中间合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于细化Al－Si合金中初晶硅和Mg－Si合金中Mg2Si的硅基中间合金及其制备方法。该中间合金的化学组成为(wt.％)：硅41.0－90.0，磷5.0－35.0，碳0.01－10.0，余为铜、镍、锰、铁中的至少一种1.0－40.0。制备步骤是：在高温熔炼炉中将工业结晶硅和铜、镍、锰、铁中的至少一种合金原料熔化。然后将一定量的硅粉、磷粉和碳粉相混合(其中硅粉与磷粉的质量比为0.5－2)，利用氩气为载体，将混合好的粉末喷吹到硅合金熔体中，并搅拌合金熔体，促使粉末溶解于该熔体中。然后，直接浇注成锭或雾化制粉。该中间合金具有密度小、熔点低和使用时细化效果好等优点。
Description
技术领域
本发明属金属材料领域，特别是涉及一种用于细化Al-Si合金中初晶硅和Mg-Si合金中Mg2Si的硅基中间合金及其制备方法。
背景技术
工业生产中一般采用加入磷的方法来细化Al-Si合金中的初晶硅，主要是以赤磷、磷盐或磷-铜中间合金等形式加入。但这些方法都存在着许多缺点：赤磷的燃点低(240℃)，变质处理时释放出大量有毒的P2O5气体，严重污染环境；磷盐变质效果不稳定，使用过程中也存在环境污染问题；磷-铜中间合金密度大、熔点高，在静置炉熔炼条件下，加入到铝合金熔体中后易沉淀、难熔化，变质效果不稳定。专利号为ZL 01 1 07704.2的中国专利报道了铝-磷-铜中间合金及其制备方法，较好的解决了变质剂添加过程中的污染问题，但含磷量较低，为2-6％，在使用时加入量较大，为0.6-2.0％，使用成本较高；专利号为ZL 2003 1 0105444.3的中国专利报道了一种低熔点磷-铜基中间合金及其制备方法，较好地解决了变质剂添加量大和污染问题，但由于只有单一变质元素磷起作用，未能达到硅相团粒化的效果。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种无污染、含磷量高、密度小、使用简便且含有磷和碳两种变质元素的Si-P-C多元中间合及其制备方法。
本发明是通过以下方式实现的：
一种硅基中间合金，包含硅、磷元素，其特征是它还含有碳元素，以及铜、镍、锰、铁元素中的至少一种，各组分的质量百分比为：硅41.0-90.0％，磷5.0-35.0％，碳0.01％-10％，余为铜、镍、锰、铁中的至少一种元素。
上述硅基中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取原料，工业结晶硅20～87.5％、硅粉2.5-70.0％、赤磷5.0-35.0％、碳粉0.01％-10％和铜、镍、锰、铁中至少一种1.0-40.0％称取原料；
(2)在高温熔炼炉中将工业结晶硅与铜、镍、锰、铁中的至少一种合金化，搅拌均匀并在1450～1650℃范围内保温；
(3)将称取好的硅粉、磷粉和碳粉相混合，利用氩气为载体，将混合好的粉末喷吹到硅合金熔体中，并搅拌合金熔体，促使三种粉末溶解于该熔体中；
(4)浇注成锭或雾化制粉。
上述硅基中间合金的制备方法，其特征是步骤(1)中硅粉与磷粉的质量比为0.5-2。
这种硅基中间合金具有密度小(4g/cm3左右)和含磷量高(可达35％)的优点；硅是Al-Si合金中的主要合金元素，采用硅基中间合金对其进行变质处理将使合金的成分调整简单化；一定量的碳能够促进磷的变质效果，促使Al-Si合金中初晶硅相(或Mg-Si合金中的Mg2Si)团球化，并使磷变质效果更稳定。在加入0.2％该硅基中间合金的情况下，可使Al-20％Si合金中的初晶硅尺寸由150μm以上细化到30μm以下，是一种新型高效的Al-Si合金和Mg-Si合金变质剂，采用该变质剂不仅可提高磷变质效果且大大降低用户的生产成本。
具体实施方式
下面给出本发明的四个最佳实施例：
实施例一
(1)首先按工业结晶硅30.0％、硅粉12.0％、赤磷20.0％、碳粉3.0％、纯铜35.0％称取原料(质量百分比)；
(2)在高温熔炼炉中将工业结晶硅与铜合金化，并在1460℃保温；
(3)将称取好的硅粉、磷粉和碳粉相混合，利用氩气为载体，将混合好的粉末喷吹到硅合金熔体中，并搅拌合金熔体，促使三种粉末溶解于该熔体中；
(4)浇注成锭或雾化制粉。
按照上述配比得到一种最佳成分的硅基中间合金，其化学成分(质量百分比)为：硅42，磷20，碳3，其余为铜。
实施例二
(1)首先按工业结晶硅30.0％、硅粉15.0％、赤磷30.0％、碳粉5.0％、纯铜5.0％、纯镍5.0％、纯锰5.0％、纯铁5.0％称取原料(质量百分比)；
(2)在高温熔炼炉中将工业结晶硅与铜、镍、锰、铁合金化，并在1500℃保温；
(3)将称取好的硅粉、磷粉和碳粉相混合，利用氩气为载体，将混合好的粉末喷吹到硅合金熔体中，并搅拌合金熔体，促使三种粉末溶解于该熔体中；
(4)直接浇注成锭。
按照上述配比得到一种最佳成分的硅基中间合金，其化学成分(质量百分比)为：硅45，磷30，碳5，铜5，镍5，锰5，其余为铁。
实施例三
(1)首先按工业结晶硅45.0％、硅粉15.0％、赤磷15.0％、碳粉10.0％、纯铜5.0％、纯镍8.0％、纯锰2.0％称取原料(质量百分比)；
(2)在高温熔炼炉中将工业结晶硅与铜、镍、锰合金化，并在1560℃保温；
(3)将称取好的硅粉、磷粉和碳粉相混合，利用氩气为载体，将混合好的粉末喷吹到硅合金熔体中，并搅拌合金熔体，促使三种粉末溶解于该熔体中；
(4)通过雾化器雾化成粉状。
按照上述配比得到一种最佳成分的硅基中间合金，其化学成分(质量百分比)为：硅60，磷15，碳10，铜5，镍8，其余为锰。
实施例四
(1)首先按工业结晶硅70.0％、硅粉10.0％、赤磷5.0％、碳粉1.0％、纯铜10.0％、纯镍4.0％称取原料(质量百分比)；
(2)在高温熔炼炉中将工业结晶硅与铜、镍合金化，并在1630℃保温；
(3)将称取好的硅粉、磷粉和碳粉相混合，利用氩气为载体，将混合好的粉末喷吹到硅合金熔体中，并搅拌合金熔体，促使三种粉末溶解于该熔体中；
(4)浇注成锭或雾化制粉。
按照上述配比得到一种最佳成分的硅基中间合金，其化学成分(质量百分比)为：硅80，磷5，碳1，铜10，其余为镍。
Claims (4)
1.一种硅基中间合金，包含硅、磷元素，其特征是它还含有碳元素，以及铜、镍、锰、铁元素中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种硅基中间合金，其特征是各组分的质量百分比为：硅41.0-90.0％，磷5.0-35.0％，碳0.01-10％，余为铜、镍、锰、铁中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种硅基中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)按质量百分比称取原料，工业结晶硅20～87.5％、硅粉2.5-70.0％、赤磷5.0-35.0％、碳粉0.01％-10％和铜、镍、锰、铁中至少一种1.0-40.0％称取原料；
(2)在高温熔炼炉中将工业结晶硅与铜、镍、锰、铁中的至少一种合金化，搅拌均匀并在1450～1650℃范围内保温；
(3)将称取好的硅粉、磷粉和碳粉相混合，利用氩气为载体，将混合好的粉末喷吹到硅合金熔体中，并搅拌合金熔体，促使三种粉末溶解于该熔体中；
(4)浇注成锭或雾化制粉。
4.根据权利要求3所述的一种硅基中间合金的制备方法，其特征是步骤(1)中硅粉与磷粉的质量比为0.5-2。
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