本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種鋁-硅-鉭中間合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋁合金因重量輕，資源豐富，綜合性能好，所以在機(jī)械、交通運(yùn)輸、航天與軍事工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用逐年增加。生產(chǎn)高質(zhì)量的鋁合金，控制鑄錠組織是十分重要的。尤其是過(guò)共晶鋁硅合金的組織和性能要求的提高也越來(lái)越迫切。要提高過(guò)共晶鋁硅合金性能，需要對(duì)鋁合金熔體進(jìn)行細(xì)化變質(zhì)處理，對(duì)硅相適當(dāng)?shù)淖冑|(zhì)處理可以改善鋁合金的組織并極大提高其力學(xué)性能。目前，在國(guó)內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中主要是通過(guò)添加變質(zhì)劑的方法進(jìn)行硅相的變質(zhì)處理，目前應(yīng)用廣泛的是Sr變質(zhì)，即Sr 變質(zhì)通常以 Al-10Sr 中間合金的形式加入，其熔化范圍在 654-770℃之間，易于被鋁液吸收，回收率可達(dá) 70%-80%，加入量容易控制，該中間合金加入到鋁熔體中可以使共晶硅由片狀轉(zhuǎn)化為纖維狀，變質(zhì)孕育期為30-40min，變質(zhì)有效期長(zhǎng)達(dá)5-7h，可反復(fù)重熔；同時(shí)Sr變質(zhì)過(guò)程中不產(chǎn)生有害氣體，不腐蝕設(shè)備。但用Sr作變質(zhì)劑時(shí)鋁合金熔體不宜采用氯氣或氯鹽進(jìn)行精煉處理，Sr容易燒損，降低Sr的變質(zhì)效果，最好采用通氬氣、氮?dú)饣蛘婵粘龤獾姆椒ň珶挕r變質(zhì)合金熔體吸氣傾向增加，顯著提高鑄件的針孔度，降低合金的密度，氣孔和氧化夾雜等缺陷嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)熔體處理后仍有Al2SrO3夾雜，變質(zhì)效果降低。另外，Sr的價(jià)格相對(duì)較高，變質(zhì)效果對(duì)鑄件冷卻速度也很敏感。所以這也就限制了該中間合金的應(yīng)用領(lǐng)域。為此，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，發(fā)明了一種新型的中間合金，作為過(guò)共晶鋁硅合金組織硅相變質(zhì)孕育使用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能有效孕育變質(zhì)過(guò)共晶鋁硅合金中硅相形態(tài)的鋁-硅-鉭中間合金，同時(shí)提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、適合工業(yè)生產(chǎn)的制備工藝及方法。
本發(fā)明是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的：
一種鋁-硅-鈮中間合金，包含鋁、硅、鉭三種主要元素，各組分的質(zhì)量百分比分別是：鋁60.00%-95.00%，硅1.00%-30.00%，鉭0.50%-10.00%；鋁錠純度≥99.9%，該中間合金中彌散分布著微米級(jí)的TaSi2粒子，且數(shù)量多，鉭元素可以是以鋁-鉭中間合金或純金屬鉭加入。
上述鋁-硅-鉭中間合金的制備方法，其特征包含以下步驟：
鋁-硅-鉭中間合金的制備方法是：首先將純鋁置于電阻爐中熔化并升溫至800-1200℃，在熔化的鋁熔體中依次加入一定質(zhì)量的金屬鉭或鋁-鉭中間合金、高純硅，然后用石墨棒充分?jǐn)嚢韬笾糜陔娮锠t中保溫，每隔10min-15min用石墨棒攪拌一次；待混合熔體保溫達(dá)到預(yù)定時(shí)間，將混合熔體靜置5min，壓入六氯乙烷精煉并扒渣，最后將混合熔體澆注成錠或連鑄制成線材。
上述所述的六氯乙烷在烘干箱中將水分烘干；將使用的模具和扒渣所用工具涂刷一層涂料，防止雜質(zhì)元素Fe的污染。在整個(gè)制備過(guò)程中選用石墨坩堝進(jìn)行熔煉，選用石墨棒攪拌，目的是防止其他雜質(zhì)元素的污染。
具體實(shí)施方式
下面給出本發(fā)明的兩個(gè)最佳實(shí)施例。
實(shí)施例1
按照如上所述的制備工藝和方法制備Al-5Si-Ta中間合金的過(guò)程如下：
（1）原料準(zhǔn)備：鋁錠、高純硅、金屬鉭、六氯乙烷等，其中鋁錠純度≥99.9%。
（2）制備1kg的中間合金，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)比Si/Ta=5/1稱(chēng)量所需的原料，鋁的燒損率為2-3%。
（3）六氯乙烷置于烘干箱中，在100℃加熱1h，以除去水分。
（4）將所需的模具、扒渣工具涂刷一層涂料，防止Fe等雜質(zhì)元素的污染，在制備過(guò)程中使用石墨坩堝進(jìn)行熔煉，選用石墨棒進(jìn)行攪拌，防止其他雜質(zhì)元素的污染。
（5）利用井式電阻爐將鋁錠熔化并加熱至850 ℃，待鋁錠完全熔化后，先將已稱(chēng)量的金屬鉭用鋁箔紙包好，并放入于鋁熔體中不斷用石墨棒攪拌后靜置5min；然后加入已稱(chēng)量的高純硅，用石墨棒攪拌后置于電阻爐中保溫，溫度設(shè)定為800℃，每隔15min攪拌一次，以保證反應(yīng)完全進(jìn)行；混合熔體在電阻爐中保溫1h，加入占總質(zhì)量2-3%wt的六氯乙烷進(jìn)行精煉除氣處理，靜置5min后用扒渣工具拔除熔渣，最后將熔體澆注成錠。
實(shí)施例2
按照如上所述的制備工藝和方法制備Al-10Si-2Ta中間合金的過(guò)程如下：
（1）原料準(zhǔn)備：鋁錠、高純硅、金屬鉭、六氯乙烷等，其中鋁錠純度≥99.9%。
（2）制備1kg的中間合金，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)比Si/Ta=10/2稱(chēng)量所需的原料，鋁的燒損率為2-3%。
（3）六氯乙烷置于烘干箱中，在100℃加熱1h，以除去水分。
（4）將所需的模具、扒渣工具涂刷一層涂料，防止Fe等雜質(zhì)元素的污染，在制備過(guò)程中使用石墨坩堝進(jìn)行熔煉，選用石墨棒進(jìn)行攪拌，防止其他雜質(zhì)元素的污染。
（5）利用井式電阻爐將鋁錠熔化，待鋁錠完全熔化后并加升溫至950 ℃，先將已稱(chēng)重的金屬鉭用鋁箔紙包好，并放入于鋁熔體中不斷用石墨棒攪拌后靜置5min；然后加入已稱(chēng)重的高純硅，用石墨棒攪拌后置于電阻爐中保溫，溫度設(shè)定為850℃，每隔15min攪拌一次，以保證反應(yīng)完全進(jìn)行；混合熔體在電阻爐中保溫30min，加入占總質(zhì)量2-3%wt的六氯乙烷進(jìn)行精煉除氣處理，靜置5min后用扒渣工具拔除熔渣，最后將熔體澆注成錠。