[发明专利]一种细化高硅铝硅合金组织中初晶硅的方法

说明书

技术领域

本发明属金属铸造的方法领域，尤其涉及一种细化过共晶铝硅合金初晶硅组织的方法。

背景技术

过共晶铝硅合金具有良好的耐磨性、热稳定性、低热膨胀系数、高导热性以及优良的铸造性能和焊接性能，一直被认为是一种理想的耐磨耐热功能合金材料。在航空航天工业、汽车零部件制造、铁路运输业、军事工业、电子工业以及内燃机活塞制造业等领域中具有巨大的应用前景。然而，在常规铸造条件下获得过共晶铝硅合金材料的微观组织中，初晶硅呈板片状、多角形块状或五瓣星状，形态及分布状况差，特别是通常条件下的初晶硅尺寸粗大(80-150μm)。这使得过共晶铝硅合金力学性能不高、切削性能变差，从而制约了过共晶铝硅合金的实际使用与推广。因此，尽可能细化过共晶铝硅合金中初晶硅组织，一直是材料工程及铸造业追求的目标。

迄今为止，国内外细化过共晶铝硅合金中初晶硅的技术有如下几种：

1、浇铸前对铝硅液态合金变质处理：即加入含磷、稀土等中间合金变质剂，如：刘相法等：铝-磷-铜中间合金及其制备方法（授权日：03.6.25，专利号：01 10 7704.2）；吴树森等：铸造高硅铝硅合金的双重变质剂（授权日：2003.6.11，专利号：00 13 1196.4）；张金龙等：一种过共晶铝硅合金变质精炼剂（申请日期：2004.06.11，申请号：CN2004100251 20.3）。

这类方法存在一些缺点，如：加入额外的变质剂往往增加不菲的成本；变质物质（P等）往往对生产及社会环境造成严重污染(如车间有毒的P₂O₅烟雾及P对整体环境的污染；变质效果尚不十分理想，通常初晶硅实际只能细化到平均尺寸35~50μm左右（专利号：01 10 7704.2；铸造(2006) 55卷12期第1244-1246页；Materials Characterization 59 ( 2008 ) 1559 –1563），个别研究及专利声称可细化到20μm左右（专利号：00 13 1196.4；专利号：2004 10010911）。

2、“熔体过热”方法：即将合金熔体加热到大大超过常规熔炼温度的某一温度，以达到细化其凝固组织的目的。如清华大学与俄罗斯专家共同研究了（Materials Science and Engineering A332(2002)371-374）不同过热温度及冷却条件对Al-Si16%合金的初晶硅晶粒尺寸影响；西北工业大学对含Si17.42%的铝硅合金也曾有过类似的研究（有色金属，(2002)第54卷第3期第19-21页）。虽然发现熔体过热能够在一定程度上细化初晶硅，但其工艺方法的不足之处在于，过热温度的选取存在盲目性，因此硅晶体的细化程度有限，对Al-Si16%过热处理后在快速冷却条件下也只能达到20-30μm左右，含Si17.42%的铝硅合金的初晶硅细化及形态则十分不理想（有色金属，(2002)第54卷第3期第19-21页）。