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AlP在Al-Si熔体中的行为及P吸收率研究

张茜  
【摘要】: 近共晶和过共晶Al-Si合金由于具有良好的铸造性能、力学性能、耐蚀性能和低的热膨胀系数,在工业领域得到了广泛应用。对于Al-Si合金,采用磷变质处理可以提高其高温强度、耐磨性、机械加工性能以及降低热膨胀系数。目前磷变质处理主要采用Al-P系中间合金,其组织中存在预先生成的AlP化合物。由以前的研究得知,AlP被认为是一种稳定的化合物,如果在中间合金中已经存在,则加入熔体中以后会迅速弥散,并直接作为初晶Si的形核衬底。但是试验发现情况并非完全如此,因此对此方面进行了进一步地研究。 本文利用高倍视频金相显微镜(HSVM)、电子探针显微分析仪(EPMA)、场发射(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)等测试手段研究了AlP在Al-Si熔体中的行为。研究发现,熔体温度、保温时间和冷却速度对AlP的尺寸和形貌有显著影响。在其他参数一定时,低温下AlP为小块状,随温度升高AlP逐渐长成粗大板片。保温时间延长和冷却速度减小都会使得AlP尺寸增大。这些可以说明AlP在熔体中发生了溶解、析出和长大的过程。而且,粗大板片状的AlP加入到熔体中可以在短时间内变为小块状,这表明AlP在熔体中还发生了破碎。因此,AlP在Al-Si熔体中存在着破碎、溶解、析出和长大的过程。 通常,评价含P中间合金对Al-Si合金的变质作用是依靠观察其变质效果,这难以保证结果的客观性。因此本文选用了P吸收率来评价中间合金的使用效率,进而满足中间合金的用户在使用含磷中间合金时对磷含量或者P吸收率提出的某些具体要求。 本文利用光电直读光谱仪测定试样中的P元素含量,从而计算出P吸收率。研究发现,P吸收率除与含磷中间合金有关外,还受许多工艺参数的影响。 研究了变质试验工艺参数对P吸收率的影响。发现P吸收率会随温度、保温时间加入量等工艺参数的变化而呈现出一定规律性。温度升高时,P吸收率增大,这间接验证了AlP在铝熔体中的溶解行为;随着保温时间的延长,P吸收率逐渐增大并趋于稳定,最后会由于烧损等因素而缓慢降低;增大加入量时,虽然P吸收量提高,但吸收率却降低。 研究了Al-P中间合金的组织形态对P吸收率的影响。将中间合金在不同温度下重熔,高温下制备的含有板片状AlP的中间合金的P吸收率比较低温度下制备的含有小块状AlP的中间合金的P吸收率要高;将Al-P中间合金进行热挤压后AlP变为尺寸细小分布均匀的颗粒,P吸收率也有明显提高。 研究了外来粒子对P吸收率的影响,在使用Al-P中间合金进行变质时分别加入其它几种中间合金(Al-Ti-B、Al-Ti-C-B、Al-Ti-B-C),由于这些中间合金中含有的粒子能够对AlP起到固定作用,使得P吸收率显著提高。 研究了Al-P中间合金成分发生变化时P吸收率的变化。Al-Si-P中间合金的P吸收率与Si含量有关,发现随Si含量提高而增大,在共晶成分附近达到最大值,然后逐渐下降;自身含有TiB2/TiC粒子的Al-Si-P中间合金的P吸收率要比单纯的Al-Si-P中间合金的P吸收率要高;制备的Al-Zr-P中间合金起到了良好的变质作用,P吸收率较高且稳定。


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