[发明专利]一种多功能改良材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种多功能改良材料，由如下重量比的组分组成：氯化钾2‑3％、氯化钠2‑4％、硫酸铝1‑3％、硝酸锶3‑5％、乙酸锶4‑6％、氟化镧3‑9％、氟硅酸钠1‑5％、氟锆酸钾1～3％、蛭石复合粉2‑12％，余量为Al；稀土镧元素能够改变杂质元素形成的有害相的形态和尺寸，并辅助提升多种变质元素的变质效果，蛭石粉可作为变质剂载体除气除渣，提升熔炼效率。制备方法中采用三步原料加入法，成功结合了钠、锶、稀土镧等变质剂并保留变质活性，有效细化共晶硅，变质效果稳定，有效变质时间长，减少单一变质元素烧损对整体变质效果的影响，喷射沉积工艺制备的疏松多孔沉积体使变质起效快，无潜伏期。

技术领域

本发明涉及合金变质剂领域，特别涉及一种多功能改良材料及其制备方法。

背景技术

铝合金的硅组织由粗大的五瓣星状的初晶硅和长针状的共晶硅组成，这些形态的硅相将严重的割裂Al基体，在Si相的尖端和棱角处引起应力集中，合金容易沿晶粒的边界处，或者板状Si本身开裂而形成裂纹，使合金变脆，机械性能特别是延伸率显著降低，切削加工功能也不好。为了改变硅的存在状态，提高合金的力学性能，一般对合金添加变质剂细化初晶硅和共晶硅。

国内外对铝合金变质剂的研究较多，常见的变质方法有单独加入一种元素，也有加入多种元素以及化合物，这两种方法都对初晶硅和共晶硅有良好的细化作用。主要的变质元素包括磷、钠、锶、稀土及钙，这些元素可作为单一变质剂，也可形成复合变质剂，如硫磷复合变质剂、稀土磷复合变质剂、锶磷复合变质剂、钠磷复合变质剂、碳磷复合变质剂及钡磷复合变质剂等。虽然这些单一或复合变质剂有较好的初晶硅细化作用，但变质的时候仍然存在着明显的缺点。

以赤磷作为变质剂时，燃点相对低，运输和保存困难，且在细化变质的过程中，燃烧剧烈，造成磷吸收率降低，产生毒气，严重污染环境，其次在熔炼的过程中，容易产生大量的反应渣和化合物，腐蚀炉衬，增加了铝的损耗。而以A1-P中间合金变质时，虽然克服了上述缺陷，但是A1-P中间合金由于有毒，且生产工艺较复杂价格较高，因此不利于工业化生产。钠变质剂对A356铝合金变质时，存在吸附毒化作用、变质时间短等缺点。锶主要影响A356铝合金中的初晶硅形貌，对初晶硅的尺寸影响不是很明显。而且采用锶变质，由于锶与氯反应，不能用氯气或含氯复盐精炼除气。锶变质还存在容易引起吸气、价格昂贵等缺点，因此工业生产中得不到广泛的应用。钙变质过程中容易引起吸气，由于对钙含量要求严格，因此工艺难以掌握，且变质效果不如磷和钠。稀土作为单一变质剂时细化效果不明显，须结合和辅助钠和磷等变质剂才可发挥变质作用。其他复合变质剂也存在变质元素互相抑制，产渣产气过多，精确配比困难等诸多问题。

喷射成形技术的基本原理是采用高压惰性气体将金属液流雾化破碎成大董细小的液滴，在其尚未完全凝固之前，将其沉积到接收基体上，通过合理设讨接收基体形状并控制其运动方式，可从液态金属直接制取具有快速凝固组织特征的圆锭、管坯、板坯、圆盘等不同形状的沉积坯件。熔融金属经导流管流出，被雾化喷嘴出口的高速气流破碎，雾柱为细小的弥散的熔滴射流；雾化熔滴射流在高速气流动量作用下加速，并与今流进行强烈的热交换；到达沉积表面以前，小于某一临界尺寸的熔滴凝固成适体颗粒，较大尺寸的仍然为液态，而中间尺寸的熔滴则为含有一定比例液相半凝固颗粒，这些大大小小凝固程度不同的熔滴高速撞击沉积表面，并在沉私表面附着、铺展、堆积、熔合形成一个薄的半液态层后迅速凝固结晶，逐步石积生长成为一个大块沉积坯。这些熔滴颗粒的尺寸共速度分布随雾化器的设计、雾化介质的流速及流量的变化而变化，而且变化范围很宽。颗粒的总能在碰撞时，除一部分继续以亚稳储能被颗粒保留外，其余部分转变为颗粒的再度升温放热、变形流动或传入先期到达的沉积颗粒内随之变形破碎以及热耗散。最后颗粒被沉积器或先前的沉积层冷却凝聚。颗粒在飞行过程中，熔融雾滴完全固化和熔融雾滴群完全以液态形式存在的两种极端情况。第一种情况不能实现紧密的金属键结合，无法获得沉积体；第二种情况不能实现高的冷却速率，与传统熔铸方式相似，无法获得理想的微观组织。一般来说，颗粒尺寸小于5μm，颗粒在飞行过程中完全固化；颗粒尺寸大于500μm，颗粒处于完全液态。喷射熔滴群的颗粒尺寸分布应加以控制，使熔滴由固态、半固态和液态三部分组成，通过调整、控制工艺参数获得理想的沉积体。