[发明专利]一种铝-镧-铈-磷中间合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属金属材料领域，涉及一种能够细化铝-硅系合金中初晶硅并变质共晶硅的铝-镧-铈-磷中间合金及其制备方法。

背景技术

过共晶铝-硅合金的力学性能主要受合金中初晶硅的形状尺寸以及共晶硅形貌的影响。初晶硅的细化剂主要是磷，使共晶硅变质的元素主要有锶和钠等。目前，国内外实际生产中通常采取磷细化初晶硅，如赤磷复合变质剂、磷盐、铜-磷和铝-磷中间合金等。加磷虽能有效细化初晶硅，但却不能变质共晶硅；加入锶或钠虽然能变质共晶硅，但却不能细化初晶硅；同时加入磷与锶(或钠)，细化和变质作用相互抵消。文献[孔凡校，李华基，德雪红.稀土在铝-硅活塞合金中的作用及其机理.2007(4)：36-39]中报道，稀土对铝-硅合金中的共晶硅具有一定的变质作用，但对初晶硅却没有明显的细化效果。另有文献[欧阳志英，毛协民，唐多光，张金龙，等.稀土对过共晶Al-Si合金P变质效果的影响.2003(1)]报道，磷-稀土变质剂，即将磷与稀土分别加入到铝-硅合金中能起到细化初晶硅以及变质共晶硅的双重作用。但由于未能将两者熔制成低熔点合金，使之细化和变质效果不稳定，因而至今未能在生产中获得应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种同时含有磷、镧和铈的低熔点铝-镧-铈-磷中间合金及其制备方法，该中间合金中镧、铈与磷化合成磷化镧和(或)磷化镧铈，它具有细化和变质双重功效，且具有效果稳定、无污染等优点。

本发明是通过以下方式实现的：

一种铝-镧-铈-磷中间合金，其特征是：所含组分的质量百分比为铝75.0-97.0％，镧2.0-18.0％，铈0.5-10.0％，磷0.5-3.5％；磷主要以磷化镧和(或)磷化镧铈形式存在于中间合金体系中。而磷化镧和(或)磷化镧铈粒子在加入到过共晶铝-硅合金熔体中后，能够与铝熔体原位反应生成磷化铝，为初晶硅提供异质生核衬底；同时还原出高活性的镧、铈元素，起到变质共晶硅的作用。

一种铝-镧-铈-磷中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤：

(1)按以下质量百分比准备好制备铝-镧-铈-磷中间合金所需的原料：工业纯镧2.0-18.0％或富镧稀土5.0-25.0％，铝-磷中间合金6.0-75.0％，余为工业纯铝；其中，铝-磷中间合金的含磷量为1.0-6.5％；富镧稀土的镧含量为40-85％，其余为铈。

(2)将工业纯铝置于熔炼炉中熔化至700-1000℃，加入铝-磷中间合金，搅拌3-5分钟；

(3)向该熔体中加入工业纯镧或富镧稀土，升温至1200℃-1500℃，保温5-15分钟，搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。

采用铝-镧-铈-磷中间合金对铝-硅系合金进行细化处理时，初晶硅及共晶硅的细化和变质同步，加入该中间合金保温15分钟后，即可使A390合金中的初晶硅尺寸由120μm以上细化至25μm以下，共晶硅形貌由粗片状变为珊瑚状，是一种高效环保型中间合金细化变质剂。

具体实施方式

下面给出本发明的三个最佳实例。

实施例1

(1)按工业纯铝35.0％、铝-磷中间合金50.0％、工业纯镧10.0％、富镧稀土5％的质量百分比称取原料，其中铝-磷中间合金的含磷量为6.5％，富镧稀土中镧含量为80.0％，其余为铈。

(2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至700℃-1000℃，先加入铝-磷中间合金，经搅拌3-5分钟后，再加入工业纯镧。

(3)升温至1200℃-1500℃，反应5-15分钟，搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。

按照上述配比和工艺得到一种适用高硅铝合金的铝-镧-铈-磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：磷2.7-3.3，镧13.5-14.5，铈0.8-1.2％，其余为铝。

实施例2

(1)按工业纯铝53.6％、铝-磷中间合金36.4％、富镧稀土10.0％的质量百分比称取原料，其中铝-磷中间合金的含磷量为5.5％，富镧稀土中镧含量为50.0％，其余为铈。

(2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至700℃-1000℃，先加入铝-磷中间合金，经搅拌3-5分钟后，再加入富镧稀土。

(3)升温至1200℃-1500℃，反应5-15分钟，搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。

按照上述配比和工艺得到一种铝-镧-铈-磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：磷1.9-2.1，镧4.5-5.0，铈4.5-5.0，其余为铝，以满足近共晶Al-Si合金变质与细化工艺的需要。

实施例3