[发明专利]一种铝-硅合金用除钙剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属金属材料领域，特别涉及一种铝-硅合金用除钙剂及其制备方法。

背景技术

共晶和过共晶铝-硅合金具有热膨胀系数小、体积稳定性好、耐磨性好、强度高、工艺性能好等优点，成为国内外应用最广泛的活塞材料。为提高铝-硅合金的力学性能，必须对其进行变质处理，目前工业中应用最广泛的是加磷变质处理。钙(Ca)，银白色的轻金属，质软，密度1.54g/cm³，化学性质活泼，加热时，几乎能还原所有的金属氧化物。钙是工业铝-硅合金中的主要杂质之一，主要由原材料工业结晶硅引入。国内外研究发现，当活塞合金中杂质钙较多时，铝合金熔体流动性变差，容易吸气和发生微观针孔或缩松，并产生偏析性硬脆化合物，使铸件废品率上升。此外，杂质钙会影响铝-硅合金的磷变质处理，甚至使磷变质处理失效。因此，为了提高铝-硅合金的质量，降低生产中的废品率，必须除钙。采取高纯度的结晶硅是解决问题的方法之一，但高纯度硅的使用使成本提高，因此急需研究其他的方法来解决。

国外有文献报道了利用添加氯化物来控制铝-硅合金中Ca含量的方法(Mater.Sci.Tech-Lond.，2003；19(7)：915)，国内活塞厂则普遍采用含氯精炼剂(氯气或六氯乙烷(C₂Cl₆))除钙。但是，氯化处理过程中释放出大量氯气，环境污染严重。有文献(内燃机配件，2005；5：24)报道利用Al-C中间合金除钙，发现Al-C中间合金的加入能够使钙含量显著降低，但是使用该中间合金时加入量较大。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高效环保、制备工艺简单、工艺稳定性好、成本低的铝-硅合金用除钙剂及其制备方法。

本发明是通过以下方式实现的：

一种铝-硅合金用除钙剂，包含铝、氟，其特征是它还包含镍、硅、硼、碳，各元素的质量百分比为：铝11.0-21.0，氟24.0-44.0，镍5.0-30.0，硅7.0-35.0，硼0.1-5.0，碳5.0-20.0。

一种铝-硅合金用除钙剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：

(1)按质量百分比称取原料，AlF₃ 35-65％，Ni-Si-B中间合金20-50％，碳粉5-20％；

(2)对Ni-Si-B中间合金进行快速凝固氩气雾化处理，得到颗粒状Ni-Si-B中间合金；

(3)将AlF₃粉末、颗粒状Ni-Si-B粉末和碳粉均匀混合，利用压块机将混合粉末压实，制备出块状除钙剂。

上述铝-硅合金用除钙剂的制备方法，其特征是步骤(1)中的Ni-Si-B中间合金由镍、硅、硼三种元素组成，各组分的质量百分比为：镍26.0-60.0，硅38.0-70.0，硼0.5-10。

上述铝-硅合金用除钙剂的制备方法，其特征是步骤(2)中的颗粒状Ni-Si-B中间合金粒径不大于0.5mm。

本发明的特点是氟化除钙，同时与硼碳除钙相结合。其中AlF₃与钙反应形成CaF₂，其反应式如下：

生成的CaF₂通过除渣即可清除。除钙剂中的Ni-Si-B和碳粉可在铝-硅熔体中释放出硼和碳，硼和碳与铝-硅熔体中的富钙磷化合物反应，释放出磷，从而重新形成初晶硅的形核核心AlP，促使初晶硅析出，消除了钙使铝-硅合金磷变质“中毒”的影响。同时Ni-Si-B合金中的高熔点硅化物质点在熔融铝硅合金中也可作为初晶硅析出的衬底，从而也起到促进共晶铝硅合金中初晶硅的析出的作用。而硼的引入可大大提高磷的吸收率，提高磷变质效果。本发明铝-硅合金除钙剂具有高效环保、制备工艺简单、工艺稳定性好、成本低等优点，在加入量为0.2％的情况下，可使工业铝-硅合金中的钙含量降低到20ppm以下，是一种新型近共晶铝-硅合金变质剂。

具体实施方式

下面给出本发明的两个最佳实施例：

实施例一：

(1)首先按AlF₃ 60％，Ni-Si-B中间合金35％，碳粉5％的质量比称取原料；

(2)对Ni-Si-B中间合金进行快速凝固氩气雾化处理，得到粒径为0.5mm的颗粒状Ni-Si-B中间合金；

(3)将AlF₃粉末，0.5mm的颗粒状Ni-Si-B中间合金和碳粉均匀混合，利用压块机将混合粉末压实，制备出铝-硅合金除钙剂。