[发明专利]一种综合处理剂及应用该综合处理剂进行铝合金变质处理的方法

说明书

本发明公开一种综合处理剂及应用该综合处理剂进行铝合金变质处理的方法，综合处理剂由如下重量百分比的原料制备：磷酸钙0.4‑1.2％、乙酸钠1.5‑2.2％、硝酸锰2‑6％、硝酸锶12‑19％、氯化钠8‑12％、氟化钆0.2‑0.6％、绢云母复合物粉18‑25％、高氯酸铝0.5‑0.9％、其余为氯化钾；绢云母复合物粉中的绢云母可作为变质剂载体除气，其中富含的氧化铝和氧化硅能显著提升合金硬度。结合钠、锶、钆、钷等多种变质元素，变质效果优异。将本发明应用于搅拌摩擦加工进行铝合金表面处理，可有效匹配搅拌摩擦加工工艺的特点，无须高温精炼除气，使得铝合金产物的力学性能显著提升。

技术领域

本发明涉及铝合金变质剂领域，特别涉及一种综合处理剂及应用该综合处理剂进行变质处理的方法。

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A319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A319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。

搅拌摩擦加工法是由搅拌摩擦焊技术演变而来的一种用于材料改性和制备复合材料的技术。该工艺是一门具有综合能力的技术，其热量输入来源于摩擦生热以及塑性变形，具有绿色节能，无辐射噪音废气等特点，是一项清洁高效的先进表面改性技术。

中国专利CN201610717116.6公开了一种铝硅铸造合金用稀土-锆复合的细化变质剂以及变质处理，该变质剂由Al-5wt％Gd中间合金和Al-5wt％Zr中间合金组成。是在铝硅铸造合金熔炼过程中，先后加入Gd、Zr元素，实现对铝硅铸造合金的细化与变质处理。细化与变质后的铝硅铸造合金中Gd的含量为0.1～0.8wt％，Zr的含量为0.1～0.8wt％。稀土元素Gd对铝硅铸造合金有较弱的晶粒细化效果和共晶硅变质效果。当Zr与Gd复合添加时，不但获得了很好的晶粒细化效果，而且同时获得了很好的远好于两种元素单独添加的共晶硅变质效果。由于组织的改善，合金的力学性能也有所提高。

上述发明采用铝锆中间合金和铝钆中间合金作为变质剂，需要分两次先后加入进行熔炼，过程繁复，熔炼时间长，且需要预先制备或购买两种中间合金，费时费力，工业生产中变质剂的需求总量大，增加生产成本，且两种合金中的杂质元素需要严格质控，否则会带入铝硅合金中，影响其力学性能。虽然最终的变质和细化效果较好，但无法省去精炼除气步骤，降低了铝硅合金生产的效率，因此需要开发一种既可以高效变质细化，又可以除气除渣的多功能铝合金变质材料。