專利名稱：一種鋁-鎂-磷中間合金及其制備方法
技術領域：
本發明屬金屬材料領域，特別涉及一種用于細化變質鎂-硅系及鋁-鎂-硅系合金中的相的鋁-鎂-磷中間合金及其制備方法。
背景技術：
顆粒增強復合材料由于具有密度低、鑄造性能優異和耐磨性好等一系列優點，而得到廣泛關注，具有潛在的應用前景。金屬間化合物Mg2Si作為高溫強化相，能夠顯著提高合金的高溫抗蠕變性能，因而在鋁合金及鎂合金中受到越來越多的重視。但在普通鑄造條件下，Mg2Si相十分粗大，且在其尖端和棱角處引起應力集中，嚴重地割裂基體，并容易沿晶界處或板狀Mg2Si本身開裂而形成裂紋，力學性能特別是伸長率顯著降低，切削加工性能也變差。因此，對Mg2Si相進行細化處理成為改善合金性能的關鍵。目前，主要是采用添加形核劑或變質劑的方法來細化Al-Mg2Si及Mg-Mg2Si合金中的初晶Mg2Si相。例如，向熔體中添加氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、Bi、Sb、RE和Sr等。但添加氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀過程中會釋放大量有害氣體，嚴重污染環境；而Bi、Sb、RE、Sr等元素， 不僅價格高，而且密度大，易偏析，導致初晶Mg2Si相粗大化；磷對Mg2Si相有顯著的細化變質作用，然而磷的燃點低，直接加磷單質會造成磷的燒損并產生大量P2O5有毒氣體，污染環境。因此，需將磷做成中間合金的形式加入到該熔體中。專利申請號為200610042395. 7的中國專利報道了一種P-Si中間合金，但該中間合金熔點過高，變質過程中很難溶解到金屬液中，尤其在鎂合金中，變質溫度過高則會造成鎂的燒損。專利2007103003 . X中涉及含磷鋅基中間合金，但中間合金中含有大量Si，相對于鎂熔體密度太大，容易在熔體中造成沉降產生偏析，導致變質效果不穩定，且只適用于含鋅鎂合金。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種熔點低、無污染、適合細化變質鎂-硅系及鋁-鎂-硅系合金中的Mg2Si相的鋁-鎂-磷中間合金及其制備方法，解決Mg-Si系及Al-Mg-Si系合金的脆性大、易裂紋、難加工等問題。本發明是通過以下技術方案實現的一種鋁-鎂-磷中間合金，其特征是所含組分的質量百分比為鋁72.0 90.0%， 鎂5. 0 25. 0%，磷1. 0 6. 0% ；磷元素以Mg3P2、AlP或(Al，Mg，P)三元過渡相形式存在于中間合金中。上述鋁-鎂-磷中間合金的制備方法，是通過以下步驟實現(1)按質量百分比工業純鎂3.0 20.0%，鋁-磷中間合金13. 3 80.0%，其余為工業純鋁，其中鋁-磷中間合金的含磷量為5. 0 8. 0% ；準備好制備鋁-鎂-磷中間合金所需的原料(2)在熔煉爐中將工業純鋁熔化至800°C 1100°C，先加入鋁-磷中間合金，待完全熔化后攪拌均勻，再將工業純鎂壓入熔體并保溫5 25分鐘；
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(3)反應完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。上述為鋁-鎂-磷中間合金的制備方法，其特征步驟(1)中，鋁-磷中間合金的含磷量為5. 0 8. 0%。與其它的含磷中間合金相比，其中的磷元素以ife3P2、AlP或(Al，Mg，P)三元過渡相形式存在于中間合金體系中；當中間合金加入到合金熔體中后，合金中預先存在的富磷顆粒會首先分散熔解，并根據周圍環境與熔體發生化學反應，原位生成細小的有效的形核粒子，為Mg2Si相提供異質形核襯底，從而達到良好細化效果。該中間合金具有熔點低、加入量少、變質效果穩定長效等優點，可使初晶Ife2Si尺寸由ΙΟΟμπι以上細化至15μπι以下，可顯著提高合金的力學性能，是一種高效環保型中間合金。具有重要的推廣應用價值。
具體實施例方式下面給出本發明的三個最佳實施例。實施例1(1)按工業純鋁41.0%、鋁-磷中間合金50.0%、工業純鎂9.0%的質量百分比稱取原料，其中鋁-磷中間合金的含磷量為7.5%。(2)在熔煉爐中將工業純鋁熔化至800°C 1000°C，先加入鋁-磷中間合金，待完全熔化攪拌10 20分鐘后，再將工業純鎂錠壓入鋁熔體中保溫5 25分鐘。(3)反應完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。按照上述配比和工藝得到一種最佳成分的鋁-鋯-磷中間合金，其化學成分的質量百分比為鎂7. 5 8. 5，磷3. 5 3. 8，其余為鋁。實施例2(1)按工業純鋁40.0%、鋁-磷中間合金35.0%、工業純鎂25.0%的質量百分比稱取原料，其中鋁-磷中間合金的含磷量為6%。(2)在熔煉爐中將工業純鋁熔化至900°C 1100°C，先加入鋁-磷中間合金，待完全熔化攪拌10 20分鐘后，再將工業純鎂錠壓入鋁熔體中保溫5 25分鐘。(3)反應完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。按照上述配比和工藝得到一種最佳成分的鋁-鋯-磷中間合金，其化學成分的質量百分比為鎂21. 5 22. 5，磷1. 9 2. 1，其余為鋁。實施例3(1)按工業純鋁8.0%、鋁-磷中間合金78.0%、工業純鎂18%的質量百分比稱取原料，其中鋁-磷中間合金的含磷量為6. 0%。(2)在熔煉爐中將工業純鋁熔化至800°C 1100°C，先加入鋁-磷中間合金，待完全熔化攪拌10 20分鐘后，再將工業純鎂錠壓入鋁熔體中保溫5 25分鐘。(3)反應完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。按照上述配比和工藝制取的鋁-鎂-磷中間合金，其化學成分的質量百分比為鎂 16. 5 17. 5，磷4. 2 4. 8，其余為鋁。
權利要求
1.一種鋁-鎂-磷中間合金，其特征是所含組分的質量百分比為鋁72. 0 90. 0%， 鎂5. 0 25. 0%，磷1. 0 6. 0% ；磷元素是以Mg3P2、AlP或(Al，Mg，P)三元過渡相形式存在于中間合金中。
2.—種鋁-鎂-磷中間合金的制備方法，其特征是包括以下步驟(1)首先按以下質量百分比準備好制備鋁-鎂-磷中間合金所需的原料工業純鎂 8. 0 30. 0%，鋁-磷中間合金30. 0 92. 0%，其余為工業純鋁；(2)在熔煉爐中將工業純鋁熔化至800°C 1100°C，先加入鋁-磷中間合金，待完全熔化后攪拌均勻，再將工業純鎂壓入熔體內部保溫5 25分鐘；(3)待反應完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。
3.根據權利要求2所述鋁-鎂-磷中間合金的制備方法，其特征是步驟(1)中，鋁-磷中間合金的含磷量為5. 0 8. 0%。
全文摘要
本發明屬金屬材料領域，涉及一種用于細化變質鎂-硅系及鋁-鎂-硅系合金中的初/共晶Mg2Si相的鋁-鎂-磷中間合金及其制備方法。在該中間合金體系中，P元素以AlP、Mg3P2或(Al，Mg，P)三元過渡相形式存在。該合金化學組成按質量百分比為鋁72.0～90.0％，鎂5.0～25.0％，磷1.0～6.0％。主要制備步驟是按質量比例準備好工業純鋁、鋁-磷中間合金及工業純鎂；首先在熔煉爐中將工業純鋁熔化至800℃～1100℃保溫，然后加入鋁-磷中間合金，待完全熔化后攪拌均勻，再將工業純鎂壓入熔體內部保溫5～25分鐘，待反應完全并攪拌均勻后直接澆注成錠或制備成線材。所制備的鋁-鎂-磷中間合金具有良好的細化效果，且能顯著提高合金的性能。
文檔編號C22C21/06GK102329998SQ201110264218
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月7日 優先權日2011年9月7日
發明者侯靜, 劉相法, 李沖, 李大奎 申請人:山東大學