一種銅-鉿-磷中間合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種銅-鉿-磷中間合金及其制備方法，屬金屬材料的合金制備技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁材的應(yīng)用已成為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)與提高人們物質(zhì)生活和文化水平的重要基礎(chǔ)材 料，社會(huì)需求量迅速增長，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓寬。在工程領(lǐng)域中，鋁被認(rèn)為是"機(jī)會(huì)金屬"或 "希望金屬"，鋁合金則一直被認(rèn)為是"朝陽工業(yè)"。
[0003] 汽車用鑄造鋁合金以Al-Si系合金為主。其中過共晶Al-Si系合金具有流動(dòng)性 好、氣密性好、熱裂傾向小、比重小、高溫強(qiáng)度高、耐磨、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，在汽車活塞制 造行業(yè)中得到了廣泛的重視與應(yīng)用。然而，該合金中含有粗大的塊狀、板片狀初晶硅相，嚴(yán) 重割裂了基體，惡化合金的鑄造性能與力學(xué)性能，因而必須對其進(jìn)行有效地細(xì)化處理。
[0004] 在工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用加入磷的方法細(xì)化初晶硅相，其主要的加入形式包括含 赤磷粉的混合劑、磷鹽復(fù)合細(xì)化劑以及含磷中間合金等。其中，赤磷和磷鹽細(xì)化劑在加入過 程中反應(yīng)劇烈，放出大量的有毒氣體P2〇5，磷燒損嚴(yán)重，吸收率極低，對環(huán)境及操作者均造成 嚴(yán)重傷害。鋁-銅\鐵\硅-磷中間合金內(nèi)，磷以A1P的形式存在于中間合金內(nèi)，而A1P易 于與空氣中的水蒸氣反應(yīng)而氧化、水解。申請?zhí)枮閆L200910016834. 0、ZL201210122662. 7、 ZL201210007409. 7的中國專利分別報(bào)道了鋁-鋯-磷、鋁-釔-磷、鋁-鑭-鈰-磷中間合 金，其中磷分別以磷化鋯、磷化釔、磷化鑭鈰的形式存在，磷含量最高為6. 0%。
[0005] 此外，金屬鉿具有一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于陶瓷基和金屬基材料中，是耐高溫部 件、現(xiàn)代飛行器的優(yōu)選增強(qiáng)材料。鉿化物具備高彈性系數(shù)、良好的電熱傳導(dǎo)性、低熱膨脹性、 優(yōu)異的耐沖擊及耐磨性等特點(diǎn)，常用作鎢基、鐵基等合金的增強(qiáng)相或強(qiáng)化涂層。鉿化物的 引入可顯著改善合金的高溫力學(xué)性能和耐磨性。但是，目前并沒有制備鉿-磷中間合金及 鉿-磷中間合金性能的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種能細(xì)化共晶、過共晶鋁-硅合金內(nèi)初晶硅相的含 磷中間合金。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述中間合金的制備方法。
[0008] 技術(shù)方案 一種銅-鉿-磷中間合金，所含組分的質(zhì)量百分比為：鉿：8. 95 - 16. 0%，磷：1. 47 -8. 0%，銅：余量；磷以磷化鉿和銅三磷的形式存在。
[0009] 本發(fā)明的銅-鉿-磷中間合金，磷以磷化鉿和銅三磷的形式存在，磷化物性質(zhì)穩(wěn) 定，且磷的含量可高達(dá)8. 0%。本發(fā)明提供的銅-鉿-磷中間合金可將A390合金內(nèi)初晶硅 相由100ym細(xì)化至20ym以下。通過將本發(fā)明的中間合金的加入到鋁-硅合金內(nèi)，引入合 金化元素鉿，同步實(shí)現(xiàn)細(xì)化、合金化過程；向鋁合金中引入鉿元素，顯著提高了合金的力學(xué) 性能，特別是高溫力學(xué)性能（A390合金的室溫抗拉強(qiáng)度(鑄態(tài))由未細(xì)化前的140MPa提高至 189MPa，高溫抗拉強(qiáng)度則提高至160MPa)。
[0010] 本發(fā)明的銅-鉿-磷中間合金，是以銅-磷合金作為磷源，將銅-磷合金加入至銅 熔化后的熔體內(nèi)，待加入的銅-磷合金熔化后，再向熔體中加入鉿絲制備而成的。在制備過 程中，通過對磷、鉿元素加入方式、熔煉條件的合理搭配，從而制備出了組分可調(diào)、高含磷量 的銅-給-憐中間合金。
[0011] 所以，本發(fā)明的銅-鉿-磷中間合金的制備方法，包括將銅-磷合金加入至銅熔化 后的熔體內(nèi)，待加入的銅-磷合金熔化后，再向熔體中加入鉿絲的步驟。
[0012] 上述制備方法，銅、銅-磷合金、鉿絲的用量，根據(jù)所要制備的銅-鉿-磷中間合 金中各組分的質(zhì)量百分比進(jìn)行確定。但是，要考慮到：在制備過程中，各組分會(huì)有不同程 度的燒損，因此產(chǎn)品中各組分的含量與原料中各組分的含量相比會(huì)存在小幅波動(dòng)。本發(fā)明 給出的，鉿：8. 95 - 16. 0%，磷：1. 47 - 8. 0%，銅：余量的銅-鉿-磷中間合金的原料的質(zhì) 量比例（以銅、鉿絲和銅-磷中間合金的總量為100%)為：鉿絲9.0 - 16.0%，銅-磷中 間合金18. 75 - 57. 14%，余量為工業(yè)純銅；所用的銅-磷中間合金內(nèi)，磷的質(zhì)量百分比為 8.0-14.0%，余量為銅。
[0013] 上述制備方法，具體的，包括以下步驟： (1) 將銅熔化得熔體，并控制熔體的溫度為1100-1200°C，加入銅-磷中間合金，銅-磷 中間合金熔化后再加入鉿絲，在1100-1400°C的條件下保溫30-60分鐘； (2) 攪拌均勻后澆注成型。
[0014] 其中，銅熔體的溫度要根據(jù)所加入的銅-磷中間合金的量在1100-1200°C范圍內(nèi) 調(diào)整；加入的銅-磷中間合金的量越大，則需要爐溫更高。加入鉿后的爐溫、保溫時(shí)間，要 根據(jù)所加入的鉿絲的量，在1100-1400°C范圍內(nèi)調(diào)整；加入的鉿的量越高，所需要的爐溫越 高、保溫時(shí)間越長，以確保磷與鉿進(jìn)行充分反應(yīng)。
[0015] 上述制備方法，優(yōu)選的，銅-磷中間合金分成多份，并用銅箔包覆后加入。將銅-磷 中間合金用銅箔包覆加入，是為了減少其向熔體中加入時(shí)的氧化與燒損。將其分成多份加 入，是為了加快其加入至銅熔體后的熔化速度。此處，對于分割后的銅-磷中間合金，無具 體質(zhì)量或者體積的要求。
[0016] 有益效果 本發(fā)明的銅-鉿-磷中間合金，磷含量高，其中的磷化物性質(zhì)穩(wěn)定；能向共晶、過共晶 鋁-硅合金中引入鉿元素，顯著提高鋁-硅合金的力學(xué)性能，特別是高溫力學(xué)性能；能將 A390合金內(nèi)初晶硅相由lOOiim細(xì)化至20iim以下。
[0017] 本發(fā)明的制備方法工藝簡單、綠色無污染，通過原料、工藝條件的搭配，可得到含 磷量高達(dá)8. 0%的銅-鉿-磷中間合金。
【附圖說明】
[0018] 圖1為按照實(shí)施例3制備的銅-鉿-磷中間合金的SEM圖； 圖2為圖1中對應(yīng)1點(diǎn)處的EDS圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下述實(shí)施例中，所用全部原料均為市售產(chǎn)品。
[0020] 實(shí)施例1 (1) 按工業(yè)純銅26. 86%、銅-磷中間合金57. 14%、鉿絲16%的質(zhì)量百分比稱取原料，其 中銅-磷中間合金中銅的質(zhì)量百分比為86%，磷的質(zhì)量百分比為14% ; (2) 在熔煉爐中將工業(yè)純銅熔化得熔體，并控制熔體的溫度為1150-1200°C，先加入 銅-磷中間合金(在此，銅-磷中間合金需分成多份，并用銅箔包覆后加入)，攪拌15分鐘之 后，再加入鉿絲，升高熔體溫度至1300-140(TC，保溫60分鐘； (3) 攪拌均勻后直接澆注成型。
[0021] 按照上述配比和工藝制備的銅-鉿-磷中間合金，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為：鉿 15. 8-16. 0%，磷 7. 8-8. 0%，其余為銅。
[0022] 實(shí)施例2 (1) 按工業(yè)純銅42. 6%、銅-磷中間合金45. 4%、鉿絲12%的質(zhì)量百分比稱取原料。其中 銅-磷中間合金中銅的質(zhì)量百分比為89. 0%，磷的質(zhì)量百分比為11% ; (2) 在熔煉爐中將工業(yè)純銅熔化得熔體，并控制熔體的溫度為1100-1150°C，先加入 銅-磷中間合金(在此，銅-磷中間合金需分成多份，并用銅箔包覆后加入)，攪拌15分鐘之 后，再加入鉿絲，將熔體溫度控制在1150-130(TC，保溫45分鐘； (3) 攪拌均勻后直接澆注成型。
[0023] 按照上述配比和工藝制備的銅-鉿-磷中間合金，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為：鉿 11. 95-12. 10%，磷 4. 9-5. 05%，其余為銅。
[0024] 實(shí)施例3 (1) 按工業(yè)純銅72. 25%、銅-磷中間合金18. 75%、鉿絲9. 0%的質(zhì)量百分比稱取原料。 其中銅-磷中間合金中銅的質(zhì)量百分比為92. 0%，磷的質(zhì)量百分比為8. 0% ; (2) 在熔煉爐中將工業(yè)純銅熔化得熔體，并控制熔體的溫度為1100-1150°C，先加入 銅-磷中間合金(在此，銅-磷中間合金需分成多份，并用銅箔包覆后加入)，攪拌15分鐘之 后，再加入鉿絲，將熔體溫度控制在ll〇〇-125(TC，保溫35分鐘； (3) 攪拌均勻后直接澆注成型。
[0025] 按照上述配比和工藝制備的銅-鉿-磷中間合金，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為：鉿 8. 95-9. 10%，磷 1. 47-1. 52%，其余為銅。
[0026] 對實(shí)施例3制備的銅-鉿-磷中間合金進(jìn)行電鏡掃描，獲得的如圖1所示的掃描 電鏡圖。圖1中，淺色顆粒狀物相即為磷化鉿相。對圖1中的淺色物相進(jìn)行EDS成分分析 (EDS圖譜如圖2所示）發(fā)現(xiàn)其所含磷為43. 04at. %、鉿為56. 96at. %，確定該淺色物相即 為磷化鉿相。對應(yīng)圖1中1點(diǎn)處的具體成分，如表1所示； 表1，圖1中對應(yīng)1點(diǎn)出的化學(xué)成分
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種銅-鉿-磷中間合金，所含組分的質(zhì)量百分比為：鉿：8.95- 16.0%，磷：1.47 -8. 0%，銅：余量；磷以磷化鉿和銅三磷的形式存在。
2. -種權(quán)利要求1所述的銅-鉿-磷中間合金的制備方法，包括將銅-磷合金加入至 銅熔化后的熔體內(nèi)，待加入的銅-磷合金熔化后，再向熔體中加入鉿絲的步驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，原料的質(zhì)量比例：鉿絲9.0 - 16.0%， 銅-磷中間合金18. 75 - 57. 14%，余量為工業(yè)純銅；所用的銅-磷中間合金內(nèi)，磷的質(zhì)量百 分比為8. 0-14. 0%，余量為銅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將銅熔化得熔體，并控制熔體的溫度為1100_1200°C，加入銅-磷中間合金，銅-磷 中間合金熔化后再加入鉿絲，在1100-1400°C的條件下保溫30-60分鐘； (2) 攪拌均勻后澆注成型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于，銅-磷中間合金分成多份，并用銅箔包 覆后加入。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種銅-鉿-磷中間合金及其制備方法，屬金屬材料的合金制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的銅-鉿-磷中間合金，其中，鉿：8.95–16.0%，磷：1.47–8.0%，銅：余量；磷以磷化鉿和銅三磷的形式存在，磷化物性質(zhì)穩(wěn)定且磷的含量可高達(dá)8.0％。本發(fā)明的銅-鉿-磷中間合金可將A390合金內(nèi)初晶硅相由100μm細(xì)化至20μm以下。通過將本發(fā)明的中間合金的加入到鋁-硅合金內(nèi)，引入合金化元素鉿，同步實(shí)現(xiàn)細(xì)化、合金化過程；向鋁合金中引入鉿元素，顯著提高了合金的力學(xué)性能，特別是高溫力學(xué)性能。本發(fā)明的制備方法工藝簡單、綠色無污染，通過原料、工藝條件的搭配，可得到含磷量高達(dá)8.0%的銅-鉿-磷中間合金。
【IPC分類】C22C1-03, C22C9-00
【公開號】CN104651651
【申請?zhí)枴緾N201510101747
【發(fā)明人】左敏, 趙德剛, 王振卿, 耿浩然
【申請人】濟(jì)南大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年3月9日