系列Al-P中间合金变质剂
（教育部技术发明二等奖、国家发明专利技术、科技部中小企业创新基金项目）
一、产品适用场合
1. 适用于含Si量为12-70%的Al-Si合金中初晶Si的变质及细化处理，通过该处理可获得初晶Si呈细小颗粒状分布的过共晶组织，从而使Al-Si活塞等合金具有热膨胀系数小、体积稳定性好、耐磨、力学性能高和加工工艺性能好等优点。
2. 适用于Mg-Si及Al-Mg-Si合金中初晶Mg2Si的变质及细化处理，可使该初晶相由粗大的树枝晶转变为细小的颗粒状组织，显著提高该合金的拉伸性能。
3. 适用于Cu-Si合金中初晶Si的细化处理。
二、产品背景
国内外目前主要是以赤磷、磷盐或铜-磷中间合金等形式加入P来对Al-Si合金进行变质处理。但：
>>赤磷的燃点低（240℃），运送、保存和使用过程都不安全，且变质时反应剧烈，放出大量的P2O5有毒气体，从而严重地污染环境，造成设备的严重侵蚀和工人健康的极大侵害；磷的吸收率低，且难以控制。
>>磷盐在加入使用过程中也放出大量的P2O5有毒气体，严重地污染环境；并产生大量反应渣，腐蚀炉衬，渣铝难以分离，增加铝耗；磷的吸收率与工艺条件和操作者熟练程度密切相关，变质效果不稳定。
赤磷或磷盐变质剂在使用过程中放出大量的有害气体- P2O5，并造成环境污染。P2O5对人体皮肤、眼睛和呼吸道有侵蚀作用，并在呼吸道处形成粘膜，导致呼吸道疾病；另外，P2O5与水反应，形成酸雨，导致环境恶化。
>>铜-磷中间合金熔点高，加入后难熔化；密度大，易沉淀偏析，效果不稳定，不适合静置炉生产（国内生产状况）。
在此背景下，研制一种绿色环保型的Al-P中间合金势在必行。在国家教育部和科技部的大力支持下，经过我公司科技人员八年的不懈努力和科技创新，系列铝磷合金的研制终于获得成功。目前，已在国内大中型发动机活塞制造商和铝合金压铸企业获得推广应用，并大批量出口韩国、印度尼西亚、马来西亚等国家的发动机零部件制造企业。
三、产品特点
Al-P中间合金的组织特点是在铝基体上分布有大量细小的AlP晶核，与目前各类磷变质剂相比有以下优点：
1）无烟、无渣、无污染
无任何有害气体放出，不存在环境污染问题，是一种绿色环保型的变质剂；无反应渣产生，降低铝耗；由于不存在污染问题，对炉衬、坩埚和工具无腐蚀作用，延长炉衬和坩埚的使用寿命，降低能耗。
2）运输方便，保存安全，添加方便
同一般的铝合金一样，其运输和保存过程中不存在任何安全隐患； 长期存放不失效；添加过程与合金化过程同步，省去变质处理时间，既方便生产又提高效率。
3）所需温度低，变质效果稳定、长效
由于AlP颗粒在Al-P中间合金中已预先生成，达到了变质效果的高效性；变质处理时可不必过热，在740～850℃范围内均可达到稳定的变质效果；变质效果可保持30小时以上。
4）加入铝合金中后P的吸收率高（达70%），可定量控制，且加入量少
5） 综合生产成本低
综合1）、2）和3），可降低综合成本。
四、产品规格
圆锭状，银灰色，20公斤/箱。
产品实物图 圆饼状（250、500g/块）
表1 Al-P系中间合金型号、化学成分与应用场合（wt.%）
二元Al-P 中间合金 |
型 号 |
P |
杂质总量 |
适用 |
AlP1.5 |
1.4-1.6 |
<= 0.5 |
Mg-Si、Al-Mg-Si或Al-Si合金的变质处理 |
AlP2.5 |
2.2-2.7 |
<= 0.5 |
AlP3.5 |
3.2-3.7 |
<= 0.5 |
三元Al-Si-P中间合金 |
型 号 |
P |
Si |
杂质总量 |
适用 |
AlSiP2.5 |
2.3-2.7 |
12.0-16.0 |
<= 0.3 |
各类共晶及过共晶Al-Si合金的变质处理 |
AlSiP3.5 |
3.2-3.8 |
<= 0.6 |
AlSiP4.5 |
4.2-4.8 |
<= 1.0 |
三元Al-Cu-P 中间合金 |
型 号 |
P |
Cu |
杂质总量 |
适用 |
AlCuP5 |
4.6-5.4 |
9.0-11.0 |
<= 1.0 |
含铜Al-Si合金的
变质处理 |
五、技术支持
围绕磷变质（细化）技术，公司科研人员开展了系统深入的研究工作，相关技术已授权国家发明专利4项。另外，围绕相关应用基础工作发表了系列学术论文，对Al-P中间合金的推广和广大客户提供了技术支持。主要论文如下：
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Chong Li, Xiangfa Liu, Yuying Wu. Refinement and modification performance of Al-P master alloy on primary Mg2Si in Al-Mg-Si alloys, Journal of Alloys and Compounds, 2008; 465 (1-2) : 145-150
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Chong li,Xiangfa Liu,Guohua Zhong. Heterogeneous nucleating role of TiB2 or AlP/TiB2 coupled compounds on primary Mg2Si in Al–Mg–Si alloys, Materials Science and Engineering A ,497 (2008) 432–437
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Wu Yuying, Liu Xiangfa and Bian Xiufang. The study of refinement for primary silicon in Cu-50 wt.%Si alloys, Journal of Alloys and Compounds, 2007; 433 (1-2) : 175-179
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Lina Yu, Xiangfa Liu, Haimin Ding and Xiufang Bian. A new nucleation mechanism of Primary Si by like-peritectic coupling of AlP and TiB2 in near eutectic Al-Si alloy, Journal of Alloys and Compounds, 2007; 432: 156–162
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Lina Yu, Xiangfa Liu, Haimin Ding and Xiufang Bian. A new nucleation mechanism of primary Si by like-peritectic coupling of AlP and Al4C3 in near eutectic Al–Si alloy, Journal of Alloys and Compounds, 2007;429 (1-2): 119-125
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Wu Yuying, Liu Xiangfa. The study of refinement for primary silicon in Cu-50 wt.%Si alloys, Journal of Alloys and Compounds, 2007; 433 (1-2) : 175-179
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Wu Yuying, Liu Xiangfa and Bian Xiufang. Effect of boron on the microstructure of near-eutectic Al–Si alloys, Materials Characterization, 2007;58(2): 205-209
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Yuying Wu, Xiangfa Liu, Jiangang Song and Xiufang Bian. A novel method to induce the precipitation of primary silicon in commercial near eutectic Al–Si alloys, Materials Science and Engineering: A, 2007; 457(1-2): 109-113
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Yuying Wu, Xiangfa Liu, Binggang Jiang and Xiufang Bian. Four-branched compounds coupled Si and iron-rich intermetallics in near eutectic Al–Si alloys, Journal of Alloys and Compounds, 2007; 437(1-2): 80-83
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Yuying Wu, Xiangfa Liu. Effect of AlP on the eutectic nucleation in Ni–38wt.%Si alloys, Materials Science and Engineering: A, 2006; 427(1-2):69-75
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Xiangfa Liu, Jinguo Qiao, Yuying Wu, Xiangjun Liu, Xiufang Bian. EPMA analysis of calcium-rich compounds in near eutectic Al–Si alloys, Journal of Alloys and Compounds , 2005 ； 388 （ 1 ）： 83-90
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Xiangfa Liu, Yuying Wu, Xiufang Bian The Nucleation sites of Primary Si in Al-Si Alloys after Addition of Boron and Phosphorus , Journal of Alloys and Compounds , 2005 ； 391(1-2): 90-94
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Jinguo Qiao, Xiangfa Liu, Xiangjun Liu and Xiufang Bian. Re lationship between microstructures and contents of Ca/P in near-eutectic Al–Si piston alloys ， Materials Letters, 2005; 59 ( 14-15):1790-1794
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刘相法，乔进国，等. 共晶型 Al-Si 合金中 (Can-x ,Nax)Pm 化合物的形成与P变质失效分析，金属学报， 2004； 40 （ 3 ）： 245-250
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刘相法，乔进国，等. Al-P中间合金对共晶和过共晶Al-Si合金的变质行为，金属学报，2004；40（5）： 471-476
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乔进国, 刘相法, 刘相俊, 等. Ca对共晶Al-Si合金磷变质效果的影响，铸造， 2004; 53（1）：38-40
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乔进国，刘相法，等. Al-5%Ti-0.07%B对Al-Si活塞合金组织和性能的影响，铸造， 2003;(9): 679-681
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刘相法, 乔进国，等 . Al-P中间合金在Al-Si活塞合金中的应用, 特种铸造及有色合金, 2002:( 6 ) : 43-45
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