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Al-P系晶种合金

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共晶和过共晶Al-Si系合金广泛采用磷变质处理,来满足体积稳定性和高温性能要求。其加入方式主要有赤磷、磷盐、磷-铜等,但是变质效果均不稳定,还存在以下缺点:赤磷燃点低,运送不安全,应用时反应剧烈、排放P2O5有毒气体;磷盐加入量大,腐蚀炉衬,污染环境;磷-铜熔点高,难溶解、易偏析。


基于以上背景,山东大学发明了Al-P系晶种合金并成功推广应用。


实施效果
与传统工艺(图3-1a所示)相比,Al-P晶种合金新工艺避免了P2O5有毒气体排放,将合金化与变质处理合二为一,简化工序,降低能耗,熔铸过程环境友好(图3-1b)。 


(a)传统磷盐变质工艺及其造渣情况;                       (b) Al-P新工艺及其造渣情况
图3-1传统变质工艺与Al-P系晶种合金应用对比


Al-P系晶种合金能够显著提高Al-Si系合金的金相等级,提高合金强度、耐磨性等力学性能和体积稳定性等热学性能。对于近共晶Al-Si合金(如图3-2所示的Al-12Si系多元合金),可以诱导初晶硅在铝基体上均匀弥散地析出。对于过共晶Al-Si合金(如图3-3所示的Al-20Si合金),初晶硅的尺寸能够得到显著细化,由200µm以上细化至40µm以下,并且分布更加均匀。


经国家有色金属及电子材料分析测试中心检测,Al-P晶种合金使Al-25Si合金抗拉强度提升63.9%,使Al-20Si-3Cu-2Ni-1Mg活塞合金抗拉强度提升33.0%。

  (a) 未变质处理;                                     (b) 添加0.6%Al-3P晶种合金后

图3-2 Al-12Si多元合金金相组织对比


(a) 未变质处理;                                 (b) 添加1%Al-3P晶种合金后
图3-3 Al-20Si合金金相组织对比


产品优势
经国内外一百余家企业十多年来应用表明,Al-P系晶种合金具有以下特点:
添加方便,操作简便,使用过程工作环境清洁无污染,环境友好。
磷吸收率高,加入量可精确控制;变质效果稳定、长效,提高金相等级。
使产品体积稳定性和可靠性显著提高。
可实现变质过程与合金化过程的同步化,显著提高生产效率。


产品规格与应用领域

序号

牌号

规格

应用领域

1

Al-3.5P

丝状

Ø 近共晶Al-Si系合金变质处理

Ø 过共晶Al-Si系合金细化处理

Ø 去除铝中Ca、Na杂质元素

Ø Al-Mg-Si合金初晶Mg2Si细化

2

Al-4.5P

杆状/锭状

3

Al-11Si-4.5P

锭状

4

Al-5Cu-5P

杆状/锭状

5

Al-5Mg-2.5P

锭状

表3-1  Al-P系晶种合金牌号与应用领域


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