一种二氧化硅的新用途制造技术

本发明专利技术属于金属处理技术领域，涉及一种二氧化硅的新用途，用于细化过共晶铝硅合金中的初晶硅，将二氧化硅其作为变质剂的方式为：一是将二氧化硅或含有二氧化硅的物质作为变质剂；二是与其它变质剂一起对过共晶铝硅合金中的初晶硅和共晶硅进行单独或复合变质；以化学成分和结构稳定的二氧化硅作为过共晶铝硅合金的变质剂，制备简单，环境友好，成本低廉，变质处理后初晶硅晶粒细化效果好，铝硅合金成品率高，初晶硅平均尺寸可细化达到50微米以下，形貌以多边形颗粒为主；变质细化后的铝硅合金浇铸件切削加工性能好；铝硅合金制品的耐高温、耐磨性高，尺寸稳定性好。

A new use of silica

The invention belongs to the field of metal processing technology, which relates to a new use of silica, which is used to refine the primary silicon in the hypereutectic Al Si alloy. The silicon dioxide is used as a modifier, one is the silica or the substance containing silica as a modifier; two is the hypereutectic Al silicon with other modifiers. The primary silicon and eutectic silicon in the alloy are separately or compound metamorphic, and the chemical composition and the stable silicon dioxide as the modifier of the hypereutectic Al Si alloy are simple, environment friendly and low cost. The grain refinement effect of the initial crystalline silicon is good after the modification, the rate of the aluminum silicon alloy is high and the average size of the primary silicon is fine. The morphologies are mainly polygonal particles under 50 microns, and the machinability of aluminum silicon alloy castings after refining is good, and the aluminum silicon alloy products have high temperature resistance, high wear resistance and good dimensional stability.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化硅的新用途
：本专利技术属于金属处理
，涉及一种二氧化硅的新用途，用于细化过共晶铝硅合金中的初晶硅。
技术介绍
：过共晶铝硅合金具有良好的耐磨性，硅是过共晶铝硅合金中最主要的合金化元素，由于硅的存在，合金的流动性得以改善，这就使得合金的铸造性能进一步提升，同时硅还降低了材料的热膨胀系数，使得合金的热裂倾向减少，大大提高了材料在高温环境下的稳定性，但是随着硅的含量越来越高，晶相组织中，初晶硅呈现出粗大的块状，并带有明显的棱角，这就使得原本排列紧密的组织被割裂，降低了其良好的力学性能；共晶硅也呈短块状或针片状，使得材料切削性能下降。目前，细化硅相的方法主要有半固态搅拌法、流体雾化法、喷射沉积法、悬浮熔炼法、激光表面处理技术、电脉冲处理及变质剂处理等，其中前六种方法受生产规模及工艺条件的限制而未能在实际生产中大规模应用；而变质剂处理方法基本上不改变传统的生产工艺，生产规模也不受限制，因而获得了广阔的应用。变质就是向金属液体中加入变质剂(又称为孕育剂或形核剂)，在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发形核核心，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的，变质后理想的合金组织应该是在基体上均匀地分布着一定数量的细小颗粒状的初晶硅相和短棒状的共晶硅相，这样既能保留基体良好的韧性，又能充分发挥初晶硅相和共晶硅相的增强作用。工业上最常用的过共晶铝硅合金初晶硅的变质剂当属磷变质剂，具体可使用赤磷、含磷化合物或含磷合金如Cu-P中间合金、Al-P中间合金、Al-Si-P中间合金、Al-Fe-P中间合金等，均可取得很好的变质效果。由于中间合金变质效果更佳且环保，所以得到了研究和生产者的青睐。这些变质剂的变质机理都是在铝液中发生化学反应Al+P→AlP，产物AlP晶体结构与Si相同，属于金刚石型面心立方晶格，且晶格常数也非常接近满足了异质形核的条件，从而达到细化晶粒的目的。当然，P变质时仍存在诸如团聚，与共晶硅变质剂Sr等反应而效果减退等问题，需要深入研究解决，变质效果的衰退主要由于：(1)AlP团聚减少了有效形核核心数量；(2)由于AlP的密度小于Al-Si合金，AlP团聚体会上升到熔体表面，接触空气后会被氧化形成浮渣。再者，熔体搅拌也会增加聚集的程度；(3)由于2AlP+3Sr→Al+Sr3P2，二者之间的反应使各自的变质效果得到削弱。所以开发新型高性能变质剂仍是该领域的重要研究内容。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种二氧化硅的新用途，将二氧化硅作为变质剂对过共晶铝硅合金的初晶硅进行细化处理。为了实现上述专利技术目的，本专利技术将含有SiO2的物质通过球磨与铝粉混合、压片后作为变质剂加入到熔融状态下的过共晶铝硅合金中，起到细化初晶硅和共晶硅的作用。本专利技术将二氧化硅其作为变质剂的方式为：一是将二氧化硅或含有二氧化硅的物质作为变质剂；二是与其它变质剂一起对过共晶铝硅合金中的初晶硅和共晶硅进行单独或复合变质。本专利技术所述含有二氧化硅的物质包括纯SiO2、石英、沙子、玻璃等含有SiO2的矿物或混合物。本专利技术所述其它变质剂包括AlP、ZnS、S、Na、Sr、稀土等可以细化初晶硅和共晶硅的物质以及可生成或含有上述物质的材料。本专利技术采用二氧化硅单体作为变质剂对过共晶铝硅合金的初晶硅进行细化处理的过程为：将SiO2单体或与铝粉混合均匀后，通过压片制成中间体的形式或是直接将混合粉末加入，再或是以中间合金的形式作为变质剂加入到合金熔体中细化初晶硅。本专利技术采用含有二氧化硅的物质作为变质剂对过共晶铝硅合金的初晶硅进行细化处理的过程为：将含有二氧化硅的物质与铝粉混合均匀后通过压片制成中间体的形式或是直接将混合粉末加入，再或是以中间合金的形式作为变质剂加入到合金熔体中细化初晶硅。本专利技术将二氧化硅与其它变质剂一起对过共晶铝硅合金中的初晶硅和共晶硅进行复合变质的过程为：将二氧化硅或含有二氧化硅的物质与铝粉混合均匀后通过压片制成中间体的形式或是直接将混合粉末加入，再以中间合金的形式作为变质剂加入到合金熔体中，配合其它变质剂作复合变质来细化初晶硅和共晶硅。本专利技术与现有技术相比，本专利技术以化学成分和结构稳定的二氧化硅作为过共晶铝硅合金的变质剂，制备简单，环境友好，成本低廉，变质处理后初晶硅晶粒细化效果好，铝硅合金成品率高，初晶硅平均尺寸可细化达到50微米以下，形貌以多边形颗粒为主；变质细化后的铝硅合金浇铸件切削加工性能好；铝硅合金制品的耐高温、耐磨性高，尺寸稳定性好。附图说明：图1为本专利技术实施例1未变质处理的过共晶铝硅合金的金相组织图。图2为本专利技术实施例1二氧化硅变质处理的过共晶铝硅合金的金相组织图。图3为本专利技术实施例2复合变质后的金相组织图。具体实施方式：下面通过实施例并结合附图对本专利技术作进一步说明。本实施例将含有SiO2的物质通过球磨与铝粉混合、压片后作为变质剂加入到熔融状态下的过共晶铝硅合金中，起到细化初晶硅和共晶硅的作用。本实施例将二氧化硅其作为变质剂的方式为：一是将二氧化硅或含有二氧化硅的物质作为变质剂；二是与其它变质剂一起对过共晶铝硅合金中的初晶硅和共晶硅进行单独或复合变质。本实施例所述含有二氧化硅的物质包括纯SiO2、石英、沙子、玻璃等含有SiO2的矿物或混合物。本实施例所述其它变质剂包括AlP、ZnS、S、Na、Sr、稀土等可以细化初晶硅和共晶硅的物质以及可生成或含有上述物质的材料。本实施例采用二氧化硅单体作为变质剂对过共晶铝硅合金的初晶硅进行细化处理的过程为：将SiO2单体或与铝粉混合均匀后，通过压片制成中间体的形式或是直接将混合粉末加入，再或是以中间合金的形式作为变质剂加入到合金熔体中细化初晶硅。本实施例采用含有二氧化硅的物质作为变质剂对过共晶铝硅合金的初晶硅进行细化处理的过程为：将含有二氧化硅的物质与铝粉混合均匀后通过压片制成中间体的形式或是直接将混合粉末加入，再或是以中间合金的形式作为变质剂加入到合金熔体中细化初晶硅。本实施例将二氧化硅与其它变质剂一起对过共晶铝硅合金中的初晶硅和共晶硅进行复合变质的过程为：将二氧化硅或含有二氧化硅的物质与铝粉混合均匀后通过压片制成中间体的形式或是直接将混合粉末加入，再以中间合金的形式作为变质剂加入到合金熔体中，配合其它变质剂作复合变质来细化初晶硅和共晶硅。实施例1：本实施例先将Al-25Siwt.％合金熔化成液体，在熔炼炉中过热到900℃，保温15分钟后扒去浮渣得到熔体，然后降温至830℃，将纯度>99.9％，微纳米级的SiO2粉末按重量比0.3％加到熔体中，搅拌1min；静置变质10min后，将熔体温度降至800℃，最后将熔体浇铸到预热至200℃的钢模中；经二氧化硅变质处理后，过共晶铝硅合金中的初晶硅得到了显著的细化，图1和图2分别是未变质和二氧化硅变质处理的过共晶铝硅合金(Si含量25wt.％)的金相组织，由图中可以看出，采用二氧化硅作为变质剂处理后的过共晶铝硅合金中初晶硅平均尺寸小于50um，主要以多边形颗粒状存在。实施例2：本实施例将制备好的二氧化硅粉末与铝粉按质量比1:2的比例混合，在球磨机内混合均匀以后，压制成片，在900℃烧结4h以后空冷，制成中间合金。将Al-25Siwt.％合金熔化，在熔炼炉中过热到900℃，保温15分钟后扒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化硅的新用途，其特征在于二氧化硅能够用作变质剂，将二氧化硅其作为变质剂的方式为：一是将二氧化硅或含有二氧化硅的物质作为变质剂；二是与其它变质剂一起对过共晶铝硅合金中的初晶硅和共晶硅进行单独或复合变质。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅的新用途，其特征在于二氧化硅能够用作变质剂，将二氧化硅其作为变质剂的方式为：一是将二氧化硅或含有二氧化硅的物质作为变质剂；二是与其它变质剂一起对过共晶铝硅合金中的初晶硅和共晶硅进行单独或复合变质。2.根据权利要求1所述二氧化硅的新用途，其特征在于所述含有二氧化硅的物质包括纯SiO2、石英、沙子、玻璃中的一种或两种以上。3.根据权利要求1所述二氧化硅的新用途，其特征在于所述其它变质剂包括AlP、ZnS、S、Na、Sr、稀土以及能生成或含有上述物质的材料。4.根据权利要求1所述二氧化硅的新用途，其特征在于采用二氧化硅单体作为变质剂对过共晶铝硅合金的初晶硅进行细化处理的过程为：将SiO2单体或与铝粉混合均匀后，通过压片制成中间体的形式或是直...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成栋，朱士伟，赵梅，郭小松，郝春成，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37