專利名稱：一種鋁–釔–磷中間合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬金屬材料領域，特別涉及一種用于細化共晶及過共晶鋁-硅系合金中初晶娃和共晶娃的招-1Ua-憐中間合金及其制備方法。
背景技術：
在工業(yè)生產中，一般采用加磷的方法對共晶及過共晶鋁-硅系合金中的初晶硅進行變質處理，主要包括含赤磷粉的混合細化劑、磷鹽復合細化劑以及含磷中間合金。其中赤磷和磷鹽細化劑在使用過程中放出大量的五氧化二磷有毒氣體，嚴重地污染環(huán)境，并且磷燒損嚴重，吸收率極低，變質效果不穩(wěn)定。目前，應用較廣泛的含磷中間合金主要包括以下幾種銅-磷、鋁-銅-磷、鋁-鐵-磷、鋁-硅-磷、鋁-鋯-磷等中間合金。對于銅-磷中間合金而言，其熔點高，加入后難熔化，而且密度大，易產生沉淀偏析，變質效果不穩(wěn)定，不適合電阻爐等靜置爐的使用。同時，該中間合金的使用增加了合金中的銅含量，從而限制了其在不要求含銅的鋁合金中的應用。但是鋁-銅-磷、鋁-鐵-磷、鋁-硅-磷這三種鋁基中間合金，P均以AlP形式存在于中間合金體系中，由于AlP易于與空氣中的水蒸氣反應而氧化、水解，從而導致中間合金中的磷含量在保存過程中逐步降低。申請?zhí)枮閆L200910016834. O的中國專利報道了一種鋁-鋯-磷中間合金及其制備方法，在該中間合金內磷以磷化鋯的形式存在，其對共晶及過共晶鋁-硅合金具有良好的變質、細化效果。但是其制備方法是將含有鋯元素的氟鹽加入到鋁液反應，氟鹽與鋁液反應過程中會腐蝕熔煉坩堝和工具，同時反應過程中釋放出氟化物的有毒氣體和煙霧。文獻[汪長勤，趙玉濤，張松利，陳剛.稀土釔對A356合金顯微組織和拉伸性能的影響.機械工程材料，2010(34): 13-16]中報道，稀土釔是鋁-硅合金的一種優(yōu)良變質劑，能使粗大的板條狀共晶硅變?yōu)榧毿〉睦w維狀、顆粒狀。文獻[孫寶德，李克，王俊，周堯和.鑭、釔稀土在過共晶鋁硅合金中的作用.上海交通大學學報，1999(33):795-798]中報道,結合磷的作用，鑭、乾可實現(xiàn)初晶娃和共晶娃的雙重變質。但由于未能將兩者熔制成低熔點合金，使之加入過程繁瑣，變質、細化效果不穩(wěn)定，因而至今未能得到工業(yè)上的推廣應用。

發(fā)明內容
為了解決常用鋁基中間合金中的P以AlP形式存在，使其在保存過程中P的含量降低進而導致其細化效果降低的技術不足，本發(fā)明提供了一種能使P以穩(wěn)定形式存在的鋁-釔-磷中間合金。本發(fā)明同時還提供了一種鋁-釔-磷中間合金的制備方法。本發(fā)明的技術方案
一種鋁-釔-磷中間合金，所含組分的質量百分比為鋁80.0 - 97.5%，釔1.5-16.0%，磷O. 5-5.0%。本發(fā)明提供的鋁-釔-磷中間合金中的磷以磷化釔形式存在；磷化宇乙性質穩(wěn)定。上述鋁-釔-磷中間合金中各組分的質量百分比優(yōu)選為磷4.7_4.9%，釔14. O - 14. 6%，余量為鋁；此時的鋁-釔-磷中間合金對鋁硅合金中硅相的細化效果最好。
一種上述鋁-釔-磷中間合金的制備方法，包括以下步驟
(1)依據(jù)上述鋁-釔-磷中間合金中各組分的質量百分比準備原料即釔I.5-16.0%或鋁-釔合金2. 5-93. 5%，鋁-磷中間合金6. 7 - 90. 0%，余量為工業(yè)純鋁；
(2)在熔煉爐中將鋁熔化，然后升溫至800°C-1100°C，加入鋁-磷中間合金攪拌均勻，再加入釔或鋁-釔合金，升溫至1200°C - 1400°C，保溫5-20分鐘；
(3)攪拌均勻后澆注成型。其中，鋁熔化之后的爐溫根據(jù)要加入的鋁-磷中間合金中Al的含量在800 -1100°C中選擇，其中Al的含量越高，需要的爐溫越低；
加入釔或鋁-釔合金之后的爐溫根據(jù)要加入的釔或鋁-釔合金中釔的含量在12000C - 1400°C中選擇，釔的含量越高，需要的爐溫越高；
保溫時間同樣是根據(jù)加入的釔或鋁-釔合金中釔的含量在5-20分鐘中選擇，釔的含量越高，需要的保溫時間越長。在制備過程中，各組分會有不同程度的燒損，因此會導致產品中各組分的含量與原料中各組分的含量存在微小差異。本發(fā)明的有益效果
鋁-釔-磷中間合金中的P以磷化釔形式存在于中間合金體系中，而磷化釔粒子在加入到鋁-硅合金熔體中后，能夠與鋁熔體原位反應生成磷化鋁，為初晶硅相提供了異質形核襯底；同時釋放出釔元素，發(fā)揮對共晶硅相的變質作用；可實現(xiàn)對共晶及過共晶鋁-硅合金內硅相的高效雙重變質，顯著提高合金的力學性能。與P以AlP形式存在的鋁基中間合金相比，鋁-釔-磷中間合金中的磷化釔性質穩(wěn)定可以起到固磷作用；在鋁-釔-磷中間合金的存放過程中P的含量不會降低，因此在其使用過程中存在加入量少、細化效果穩(wěn)定的優(yōu)點。具體表現(xiàn)在，保溫30分鐘條件下本發(fā)明提供的鋁-釔-磷中間合金可使A390鋁合金中的初晶硅尺寸細化至20 μ m以下，共晶硅相由原來的粗大針狀轉變?yōu)槎虠U狀或點蠕狀，合金的室溫抗拉強度(鑄態(tài)下)由未細化前的140MPa提高至185MPa ;而P以AlP形式存在的鋁基中間合金只能使A390鋁合金中的初晶硅尺寸細化至25 μ m以下，對共晶娃無變質效果。相較于對初晶娃和共晶娃具有雙重變質效果的、Al的質量含量只有20%的Al-Y中間合金，鋁-釔-磷中間合金中Al的質量含量高達80. O - 97. 5%，因此具有較低熔點；將鋁-釔-磷中間合金加入到鋁-硅合金進行熔體處理時，易于熔化，在750°C時便能發(fā)揮變質細化效果。


圖I為添加A1-6Y-2P中間合金前A390合金的金相組織照片；
圖2為添加A1-6Y-2P中間合金后A390合金的金相組織照片。
具體實施例方式實施例I(1)按工業(yè)純鋁21.5%、鋁-磷中間合金64.0%、工業(yè)純釔14. 5%的質量百分比稱取原料，其中鋁-磷中間合金中鋁的質量百分比為92.5%，磷的質量百分比為7. 5%;
(2)在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化，將熔煉爐升溫至1000°C_1100°C，先加入鋁-磷中間合金，攪拌5-10分鐘后混合均勻，再加入工業(yè)純釔，升溫至1300°C - 1400°C，保溫10-20分鐘；
(3)攪拌均勻后直接澆注成型，可以澆鑄為錠、制備成線材或其他形狀。按照上述配比和工藝得到一種最佳成分的鋁-釔-磷中間合金，其化學成分的質量百分比為磷4. 7 - 4. 9%，釔14. O - 14. 6%，其余為鋁。實施例2 (1)按工業(yè)純鋁8.0%、鋁-磷中間合金70. 0%、鋁-釔合金22. 0%的質量百分比稱取原料，其中鋁-磷中間合金中鋁的質量百分比為95.0%，磷的質量百分比為5.0%，鋁-釔合金中鋁的質量百分比為50%，釔的質量百分比為50% ；
(2)在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至900°C_ 1050°C，先加入鋁-磷中間合金，攪拌5-10分鐘后，再加入鋁-釔合金，升溫至1200°C - 1300°C，保溫10-15分鐘；
(3)攪拌均勻后直接澆注成型，可以澆鑄為錠、制備成線材或其他形狀。按照上述配比和工藝制取的鋁-釔-磷中間合金，其化學成分的質量百分比為磷 3. 3 - 3. 6%，釔 10. 8-11. 2%，其余為鋁。實施例3
(1)按工業(yè)純鋁22.9%、鋁-磷中間合金57. 1%、鋁-釔合金20. 0%的質量百分比稱取原料。其中鋁-磷中間合金中鋁的質量百分比為96. 5%，磷的質量百分比量為3. 5%，鋁-釔合金中鋁的質量百分比為70. 0%，釔的質量百分比為30. 0% ；
(2)在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至850°C- 1000°C，先加入鋁-磷中間合金，經攪拌5-10分鐘后，再加入鋁-釔合金，升溫至1200°C - 1250°C，保溫5-10分鐘；
(3)攪拌均勻后直接澆注成型，可以澆鑄為錠、制備成線材或其他形狀。按照上述配比和工藝制取的鋁-釔-磷中間合金，其化學成分的質量百分比為磷 I. 9 - 2. 1%，釔 5. 7 -6. 1%，其余為鋁。實施例4
(1)按工業(yè)純鋁9.3%、鋁-磷中間合金46.7%、鋁-釔合金44.0%的質量百分比稱取原料。其中鋁-磷中間合金中鋁的質量百分比為98.5%，磷的質量百分比為1.5%，鋁-釔合金中鋁的質量百分比為95. 0%，釔的質量百分比為5. 0% ；
(2)在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至800°C- 900°C，先加入鋁-磷中間合金，經攪拌5-10分鐘后，再加入鋁-釔合金，升溫至1200°C，保溫5-10分鐘；
(3)攪拌均勻后直接澆注成型，可以澆鑄為錠、制備成線材或其他形狀。按照上述配比和工藝制取的鋁-釔-磷中間合金，其化學成分的質量百分比為磷 O. 6 - O. 8%,釔 2. I - 2. 5%,其余為鋁。
權利要求
1.一種鋁-釔-磷中間合金，其特征在于其組分的質量百分比為 鋁 80. 0 - 97. 5%,釔 I. 5 - 16. 0%,磷 0. 5 - 5. 0%。
2.根據(jù)權利要求I所述的鋁-釔-磷中間合金，其特征在于，其組分的質量百分比為磷 4. 7 - 4. 9%，釔 14. 0 - 14. 6%，余量為鋁。
3.—種權利要求I所述的鋁-釔-磷中間合金的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟 (1)依據(jù)鋁-釔-磷中間合金的組成準備原料組分釔的原料來自純釔或鋁-釔合金，組分磷的原料來自鋁-磷中間合金，組分鋁的原料來自純鋁和鋁-磷中間合金或來自純鋁、鋁-磷中間合金和鋁-釔合金； (2)將鋁熔化，然后升溫至800°C-1100°C，加入鋁-磷中間合金攪拌均勻，再加入釔或鋁-釔合金，升溫至1200°C - 1400°C，保溫5-20分鐘； (3)攪拌均勻后澆注成型。
全文摘要
本發(fā)明屬金屬材料領域，涉及一種用于細化共晶及過共晶鋁–硅系合金中初晶硅的鋁–釔–磷中間合金及其制備方法。在該中間合金體系中，P以磷化釔形式存在。該合金化學組成按質量百分比為鋁80.0–97.5%，釔1.5–16.0%，磷0.5–5.0%。制備步驟是按比例準備好工業(yè)純鋁、鋁–磷中間合金、工業(yè)純釔或鋁-釔合金。在熔煉爐中將工業(yè)純鋁熔化至800℃–1100℃，先加入鋁–磷中間合金，經攪拌5–10分鐘后，再加入工業(yè)純釔或者鋁-釔合金，升溫至1200℃–1400℃，反應完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。所制備的鋁–釔–磷中間合金對共晶及過共晶鋁-硅合金內的硅相具有良好的雙重變質效果，能顯著提高合金的力學性能。
文檔編號C22C21/00GK102634694SQ20121012266
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權日2012年4月25日
發(fā)明者周國榮, 左敏, 楊中喜, 王艷, 耿浩然, 趙德剛 申請人:濟南大學