快速凝固微細(xì)球形高硅高耐磨鋁硅合金粉末的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及快速凝固微細(xì)球形高硅高耐磨鋁硅合金粉末的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，尤其是汽車、電子業(yè)的發(fā)展，對(duì)鋁硅系合金的性能提出了更 高的要求，這主要體現(xiàn)在進(jìn)一步提高耐磨性、耐熱性，降低線收縮率及密度等方面；在合金 成分上表現(xiàn)為高硅含量及合金化。顯然，采用普通鑄造法及變質(zhì)處理難以實(shí)現(xiàn)上述要求，快 速凝固具有高冷速、組織均勻細(xì)小、合金元素的固溶度范圍明顯加寬等優(yōu)點(diǎn)可以達(dá)到上述 要求。
[0003] 用快速凝固技術(shù)研宄耐磨鋁合金，始于20世紀(jì)60年代，Dixon成功的用粉末冶金 方法制取了硅含量高達(dá)45% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的過共晶鋁硅合金，而且，初晶硅十分細(xì)小，分布 均勾。70年代Skelly等對(duì)娃含量為25%~45% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的快速凝固錯(cuò)娃二元及三元 合金進(jìn)行了廣泛的研宄，并首次將其應(yīng)用于生產(chǎn)。
[0004] 雖然快速凝固鋁硅合金粉近年來發(fā)展非常迅速，但也面臨著很多的瓶頸和技術(shù)難 點(diǎn)。傳統(tǒng)的霧化技術(shù)條件下，由于在析出初晶硅時(shí)會(huì)釋放大量的結(jié)晶潛熱，過共晶鋁硅合 金具有良好的流動(dòng)性，但是隨著合金中硅的含量增加，線收縮率減少，但合金的結(jié)晶范圍增 大，縮松傾向增大，氣密性降低，合金的性能也隨之下降，尤其是其球形度差，衛(wèi)星狀現(xiàn)象嚴(yán) 重，振實(shí)密度、松裝密度下降，氧含量及水含量增加，嚴(yán)重限制了鋁硅合金的應(yīng)用范圍。
[0005] 中國(guó)專利CN104388769A公開一種高潔凈度鋁硅中間合金的生產(chǎn)方法，其特征在 于，所述生產(chǎn)方法包括以下步驟：用中頻感應(yīng)爐將高純鋁熔化形成熔池，然后向熔池中加入 高純硅，熔化完全后形成初級(jí)合金液，其中，高純鋁與高純硅的配比按照Al :Si的質(zhì)量比為 (5~9) : (1~5)來確定；將初級(jí)合金液體倒入精煉爐，通過惰性氣體或真空處理對(duì)初級(jí)合 金液進(jìn)行精煉以除氣除渣，精煉完成后，得到目標(biāo)合金液，其中，采用惰性氣體的流量控制 在10~30NL/min的范圍內(nèi)，惰性氣體的壓力控制在0. 1~0. 4MPa的范圍內(nèi)，時(shí)間為10~ 20min ;采用真空處理，真空度控制在50~lOOPa，精煉時(shí)間控制在10~15min的范圍內(nèi)； 再采用惰性氣體保護(hù)霧化法制得鋁硅合金粉末，其粒徑范圍在50~100 μ m，硅含量最高為 23%〇
[0006] 因此，我們迫切需要新的工藝制備高硅高耐磨，粒度細(xì)小且分布均勻的鋁硅合金， 從而獲得具有更高的松裝密度、振實(shí)密度和良好耐磨性能的鋁硅合金粉末。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種快速凝固微細(xì)球形高硅高耐磨鋁硅合金粉末的制備方法，其特 征在于選擇純度99. 85%以上（例如99. 85~99. 95% )的高純鋁與純度99. 7%以上（例 如99. 7~99. 9% )的純硅熔合形成合金液，合金液配比按合金組分AlpxSix (鋁的含量比 為1-X，硅的含量比為X)，其中X = 0. 08~0. 45,優(yōu)選0. 3~0. 45,更優(yōu)選約0. 4~0. 45 的重量比例稱量，先將稱量好的鋁錠投入坩堝電阻爐中熔化，當(dāng)溫度達(dá)到820~900°C，優(yōu) 選840~860°C，更優(yōu)選約850°C時(shí)投入硅塊，待硅塊完全熔化后，精煉攪拌除渣，倒入中間 包，中間包與鋁合金粉末的霧化生產(chǎn)系統(tǒng)連接，在霧化生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)通入2~lOMPa，優(yōu)選4~ 8MPA氮?dú)猓囟?00~500°C，優(yōu)選約350~450°C )，將中間包內(nèi)的鋁硅合金液噴射（例 如以340~380m/s的速度）進(jìn)冷速IO3~10 4K/s的密閉霧化系統(tǒng)內(nèi)，合金液在2~6MPa 的中壓氮?dú)馄扑槔鋮s下形成20~60 μ m，優(yōu)選20~50 μ m的微細(xì)球形錯(cuò)娃合金粉末。
[0008] 優(yōu)選地，所得微細(xì)球形鋁硅合金粉末的振實(shí)密度：1. 2~1. 5,優(yōu)選1. 22~I. 45g/ cm3;松裝密度：0· 65 ~0· 75,優(yōu)選 0· 66 ~0· 75,更優(yōu)選 0· 72 ~0· 75g/cm 3。
[0009] 所述霧化系統(tǒng)可以是生產(chǎn)鋁合金粉末的通常霧化生產(chǎn)系統(tǒng)，例如專利 201410435988. 4中公開的霧化生產(chǎn)系統(tǒng)。
[0010] 本發(fā)明另外提供了通過上述方法制備的快速凝固微細(xì)球形高耐磨鋁硅合金粉末。
[0011] 硅是半金屬之一，舊稱"矽"。熔點(diǎn)為1420°C，密度為2.34克/厘米3。質(zhì)硬而脆。 在常溫下不溶于酸，易溶于堿。金屬硅的性質(zhì)與鍺、鉛、錫相近，具有半導(dǎo)體性質(zhì)。硅大量用 于冶煉成硅鐵合金作鋼鐵工業(yè)中合金元素，在很多種金屬冶煉中作還原劑。硅還是鋁合金 中的良好組元，絕大多數(shù)鑄造鋁合金都含有硅。硅是電子工業(yè)超純硅的原料，超純半導(dǎo)體單 晶硅做的電子器件具有體積小、重量輕、可靠性好和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。摻有特定微量雜質(zhì)的硅 單晶制成的大功率晶體管、整流器及太陽能電池，比用鍺單晶制成的好。非晶硅太陽能電池 研宄進(jìn)展很快，轉(zhuǎn)換率達(dá)到了 8%以上。金屬鋁以其輕質(zhì)、低熔點(diǎn)、抗氧化性、高導(dǎo)熱導(dǎo)電和 良好延展性為特點(diǎn)。快速凝固粉末冶金鋁硅合金因其獨(dú)特的組織特性，強(qiáng)度明顯高于鑄造 Al-Si合金，并且生長(zhǎng)率也有一定的提高。根據(jù)日本學(xué)者Yamauchi等人的觀點(diǎn)，在硅含量 相當(dāng)?shù)那闆r下，其抗拉強(qiáng)度與Si相平均尺寸成反比，快速凝固粉末冶金鋁硅合金，由于初 晶硅相細(xì)小，分布均勻，因而力學(xué)性能比較優(yōu)異。高耐磨特性也是快速凝固高硅鋁合金的主 要特性，由于快速凝固增大了合金的固溶度，制備高硅鋁合金優(yōu)于鑄造合金，目前鑄造方法 制備的過共晶Si量最高為25% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）左右，但利用快速凝固技術(shù)能使Si含量高達(dá) 30%~40%時(shí)仍可獲得令人彳兩意的綜合性能。目如，生廣尚品質(zhì)的錯(cuò)娃合金粉末，基本上米 用空氣霧化或離心盤離心霧化。生產(chǎn)產(chǎn)量低，成本高，品質(zhì)不穩(wěn)定。細(xì)粉得率低，生產(chǎn)過程 難以控制調(diào)整，無法根據(jù)合金粉末晶相結(jié)構(gòu)需要修改工藝參數(shù)，但是通過調(diào)整霧化合金粉 末冷卻速率及霧化空間，可以得到高磨鋁硅合金粉末。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明的目的提供一種高耐磨鋁硅合金粉末的制備方法。該方法以99. 85以上高 純鋁和99. 7%以上純硅為原料錠，通過先熔融純鋁再添加硅塊的熔煉方獲得合適的AlSi 合金溶液，攪拌均勻后，再利用高壓氮?dú)鈬娚潇F化進(jìn)有氮?dú)庾o(hù)的密閉系統(tǒng)內(nèi)，合金液經(jīng)瞬間 冷卻凝固成高耐磨錯(cuò)娃合金粉末。
[0013] 本發(fā)明提供的實(shí)施例如下：
[0014] 實(shí)施例1 :將純度99. 85%金