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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