[发明专利]一种铝-锆-磷中间合金及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属金属材料领域，特别涉及一种用于细化共晶及过共晶铝-硅系合金中初晶硅的铝-锆-磷中间合金及其制备方法。

二、背景技术

目前，共晶及过共晶铝-硅系合金中初晶硅的细化主要是采用添加中间合金的方法。自上世纪三十年代Sterner和Rainer发明磷细化初晶硅的专利以来，含磷中间合金的研究已取得了较大的进展，如铜-磷、铝-铜-磷、铝-铁-磷和铝-硅-磷等中间合金。铜-磷中间合金密度较大，易沉淀偏析，变质效果不稳定，不适合静置炉生产，且带来铜成分污染。铝-铜-磷中间合金变质、细化效果较为稳定，但其制备成本高，在实际生产中未能获得推广应用。铝-铁-磷中间合金的使用则会向合金中引入杂质铁元素。申请号为200510044827的中国专利报道了一种含有铝、硅、磷的新型中间合金，该中间合金中含有大量的预先形成的AlP颗粒，其具有良好的变质、细化效果，并在生产中获得了推广应用。但是上述的三种铝基中间合金，P均以AlP形式存在于中间合金体系中，由于AlP易于与空气中的水蒸气反应而氧化、水解，从而导致中间合金中的磷含量在保存过程中逐步降低。因此，生产中迫切需要发明一种新的含磷铝基中间合金，在达到良好细化效果的同时，不向熔体中引入其他杂质元素，还便于长期保存与使用。

三、发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能对共晶及过共晶铝-硅合金中的初晶硅起到高效细化并显著提高合金高温力学性能的铝-锆-磷中间合金，同时提供一种生产成本低、工艺简便、适合工业化生产的制备方法。

本发明是通过以下方式实现的：

一种铝-锆-磷中间合金，其特征是：所含组分的质量百分比为铝78.0-94.0％，锆3.0-20.0％，磷1.0-6.0％；P以ZrP形式存在于中间合金体系中。而ZrP粒子在加入到共晶及过共晶铝-硅合金熔体中后，ZrP与铝熔体反应生成AlP，为初晶硅提供异质核心。同时，也随之引入了Zr元素，可显著提高合金的高温力学性能。

上述一种铝-锆-磷中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤：

(1)首先按以下质量百分比准备好制备铝-锆-磷中间合金所需的原料：海绵锆3.0-20％或者氟锆酸钾9.4-62.5％，铝-磷中间合金13.3-80.0％，余为工业纯铝，其中铝-磷中间合金的含磷量为2.0-7.8％；

(2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至900℃-1300℃，先加入铝-磷中间合金，经搅拌10-20分钟后，再加入海绵锆或者氟锆酸钾；

(3)反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。

上述铝-锆-磷中间合金的制备方法，其特征是步骤(1)中，铝-磷中间合金的含磷量为2.0-7.8％。

与AlP相比，ZrP化合物不易水解、氧化，该化合物可以起到固磷作用，而且锆是铝-硅系中的微合金化元素，能够强化铝基体从而提高合金的高温力学性能。因此，采用铝-锆-磷中间合金对共晶及过共晶铝-硅系合金进行细化处理时，在达到良好细化效果的同时可以显著提高合金的力学性能。该中间合金具有熔点低、加入量小，细化效果稳定、长效等优点。在保温15分钟条件下，可使Al-18Si合金中的初晶硅尺寸由120μm以上细化至25μm以下，是一种高效环保型中间合金。合金的制备可以在较低的温度下进行；制备过程中无需特殊设备，制备工艺较简单；制备的铝-锆-磷中间合金具有良好的细化效果和强的抗时间衰减性能，同时可显著地提高合金的力学性能，适合大规模生产和应用。

四、具体实施方式

下面给出本发明的几个最佳实例。

实施例1

(1)按工业纯铝9.7％、铝-磷中间合金73.3％、海绵锆17.0％的质量百分比称取原料，其中铝-磷中间合金的含磷量为7.5％。

(2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至1100℃-1300℃，先加入铝-磷中间合金，经搅拌10-20分钟后，再加入海绵锆。

(3)反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。

按照上述配比和工艺得到一种最佳成分的铝-锆-磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：磷5.3-5.7，锆16.7-17.3，其余为铝。

实施例2

(1)按工业纯铝20.3％、铝-磷中间合金66.7％、海绵锆13％的质量百分比称取原料，其中铝-磷中间合金的含磷量为6.0％。

(2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至1000℃-1200℃，先加入铝-磷中间合金，经搅拌10-20分钟后，再加入海绵锆。

(3)反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。