铝合金变质剂及其在铝合金铸造中的使用方法与设计方案

本技术公开了一种铝合金变质剂，包括碳化铝、氯化钾、镧、硒和CuP14，使用其进行铝合金铸造的工艺包括熔融铝锭、不同温度下加入变质剂的不同组分、浇铸和冷却等步骤；本技术的有益效果是：本技术添加碳化铝粉末，弥补了单一变质剂适用温度范围小的缺陷，碳化铝在较高温度时结构稳定，可稳定均匀地分布在铝液中而不会出现富集，铝合金的加工温度一般低于1000℃，本技术在不同的温度范围内分别加入CuP14与镧和硒，可与碳化铝共同使铝合金变质，解决了单一变质剂的局限性，浇铸铝液后，本技术无需采用快速降温工艺，碳化铝在较低的温度范围内仍具有相当的变质作用，可持续地对初晶硅提供晶核，保证初晶硅的尺寸和分布，从而降低了生产成本。

权利要求书
1.一种铝合金变质剂，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：
碳化铝60-90份、氯化钾20-25份、镧12-15份、硒10-15份、CuP1410-15份；
其中，碳化铝为粉末状，粒径为1-5μm；氯化钠为粉末状；镧为直径为1-3mm的丝状物，每0.5g包裹在10g的铝箔中；硒为颗粒状，粒径为3-5mm；CuP14为颗粒状，粒径为5-7mm。

2.一种如权利要求1所述的铝合金变质剂在铝合金铸造中的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)熔融称量：称量一定重量的铝锭，置入熔融炉中进行熔解，以铝合金变质剂占铝液重量的1.5-2％为标准，按重量份称取变质剂的各组分；
2)加入碳化铝和氯化钾：将熔融的铝液升温至1100-1150℃，静置60min后，将碳化铝粉末和氯化钾粉末加入到铝液中，搅拌均匀后静置1h；
3)加入CuP14：将铝液降温至1000℃，把CuP14加入到铝液中，搅拌均匀，将温度缓慢降至
850-950℃，静置2h；
4)加入镧和硒：将铝液缓慢降温至850℃，加入镧和硒，搅拌均匀后，控制温度在750-800℃，静置50min；
5)浇铸冷却：将模具清理干净，预热至200℃，将步骤4)静置后的铝液浇铸到模具中，浇铸完成后，将模具冷却至100℃后脱模，将铸件自然冷却至常温后进行后续处理。

技术说明书
一种铝合金变质剂及其在铝合金铸造中的使用方法
技术领域
本技术涉及铝合金加工领域，尤其涉及一种铝合金变质剂及其在铝合金铸造中的使用方法。

背景技术
随着科技的进步和制造业的发展，对设备和零部件的轻质化要求越来越高，设备的轻质化能够大幅降低设备自身的磨损和对能源的消耗。

铝合金制品作为一种典型的轻质金属材料，具有易加工成型和优良的机械性能，尤其是在汽车工业中，铝合金代替了大部分的钢制品，大幅降低了汽车的重量。

汽车部件应具有良好的耐热、耐磨及尺寸稳定的性质，Al-Si系列铝合金不仅具有Al基体轻质、导电的性能，还具有Si离子耐热、膨胀系数小、硬度高、耐磨的优点，可作为汽车核心部件，比如发动机气缸。

在制备Al-Si合金时，会出现Si的宏观偏析，合金中初晶硅和共晶硅形态不均匀，割裂了Al基体的连续性，使合金中的应力集中点明显增多，影响铝合金的机械性能和使用周期。

可以通
过对铸件快速降温或者在铝液中加入变质剂来解决上述问题，快速降温可以使合金中初晶硅没有时间进行充分的生长，使得晶体小且均匀，但快速降温工艺对设备要求高、操作复杂且降温均匀性不易控制。

加入变质剂则对工艺要求相对简单，常用变质剂有碱金属变质剂、稀土元素变质剂和含P变质剂等，碱金属变质剂变质效果好但碱金属熔点低，铸件重融后变质即效果急剧降，稀土元素变质剂重融后依然具有较好的变质效果，但受温度干扰比较明显，含P变质剂中P元素在Al-Si合金浇铸时可以起到成核剂的作用，在800℃时P元素会与Al反应生产AlP，可以为初晶硅提供稳定的结晶核心，使得初晶硅细化，硅晶体分布均匀、形态小圆润。

但是由于合金中AlP在高于1000℃后会熔解，因此Al-Si合金在800-1000℃温度范围内P变质效果明显，该温度范围之外则效果不佳，Si元素的结晶不可控，常见的P变质剂一般含有赤磷的混合盐或者P的化合物，在使用时和铝液的相容性不好容易出现富集，影响变质效果，并且这些P变质剂的使用会产生比较严重的环境污染。

常见的铝合金变质剂只有在适合的温度范围或者适当的铸造工艺下才能发挥变质作用，具有一定的局限性，不能保证铝合金铸件的品质。

技术内容
本技术针对Al-Si合金中变质剂变质效果的局限性问题，提供一种铝合金变质剂及用其进行铝合金浇铸的工艺。

本技术解决上述技术问题的技术方案如下：
一种铝合金变质剂，按重量份数计，包括如下组分：
碳化铝60-90份、氯化钾20-25份、镧12-15份、硒10-15份、CuP1410-15份；其中，碳化铝为粉末状，粒径为1-5μm；氯化钠为粉末状；镧为直径为1-3mm的丝状物，每0.5g包裹在10g的铝箔中；硒为颗粒状，粒径为3-5mm；CuP14为颗粒状，粒径为5-7mm。

上述铝合金变质剂在铝合金铸造中的使用方法，包括以下步骤：
1)熔融称量：称量一定重量的铝锭，置入熔融炉中进行熔解，以铝合金变质剂占铝液重量的1.5-2％为标准，按重量份称取变质剂的各组分；
2)加入碳化铝和氯化钾：将熔融的铝液升温至1100-1150℃，静置60min后，将碳化铝粉末和氯化钾粉末加入到铝液中，搅拌均匀后静置1h；
3)加入CuP14：将铝液降温至1000℃，把CuP14加入到铝液中，搅拌均匀，将温度缓慢降至850-950℃，静置2h；
4)加入镧和硒：将铝液缓慢降温至850℃，加入镧和硒，搅拌均匀后，控制温度在750-800℃，静置50min；
5)浇铸冷却：将模具清理干净，预热至200℃，将步骤4)静置后的铝液浇铸到模具中，浇铸完成后，将模具冷却至100℃后脱模，将铸件自然冷却至常温后进行后续处理。

本技术的有益效果是：
1、本技术添加碳化铝粉末，可与铝液中的Al元素形成一定的配位结构，可稳定均匀地分布在铝液中而不会出现富集，C元素与Si元素属于相同主族，相似度高，易于与Si元素作用形成稳定的晶核，且碳化铝的熔点高达2100℃，在铝液中会始终保持固体结构，能够在全温度范围内为初晶硅提供结晶核心，弥补了单一变质剂适用温度范围小的缺陷，碳化铝在较高温度时结构稳定；
2、铝合金的加工温度一般低于1000℃，本技术在850-1000℃和750-850℃两个温度范围内分别加入CuP14与镧和硒，可与碳化铝共同使铝合金变质，保证铝合金的变质效果，解决了单一变质剂变质作用的局限性；
3、浇铸铝液后，本技术无需采用快速降温工艺，碳化铝在较低的温度范围内仍具有相当的变质作用，可持续地对初晶硅提供晶核，保证初晶硅的尺寸和分布，从而降低了生产成本。

具体实施方式
以下结合实例对本技术进行描述，所举实例只用于解释本技术，并非用于限定本技术的范
围。

实施例1
一种铝合金变质剂，按重量份数计，包括如下组分：
碳化铝60份、氯化钾20份、镧12份、硒10份、CuP1410份；其中，碳化铝为粉末状，粒径为1μm；氯化钠为粉末状；镧为直径为1mm的丝状物，每0.5g包裹在10g的铝箔中；硒为颗粒状，粒径为3mm；CuP14为颗粒状，粒径为5mm。

实施例2
一种铝合金变质剂，按重量份数计，包括如下组分：
碳化铝75份、氯化钾23份、镧13份、硒13份、CuP1413份；其中，碳化铝为粉末状，粒径为3μm；氯化钠为粉末状；镧为直径为2mm的丝状物，每0.5g包裹在10g的铝箔中；硒为颗粒状，粒径为4mm；CuP14为颗粒状，粒径为6mm。

实施例3
一种铝合金变质剂，按重量份数计，包括如下组分：
碳化铝90份、氯化钾25份、镧15份、硒15份、CuP1415份；其中，碳化铝为粉末状，粒径为5μm；氯化钠为粉末状；镧为直径为3mm的丝状物，每0.5g包裹在10g的铝箔中；硒为颗粒状，粒径为5mm；CuP14为颗粒状，粒径为7mm。

采用实施例1-3铝合金变质剂在铝合金铸造中的使用方法，包括以下步骤：
1)熔融称量：称量一定重量的铝锭，置入熔融炉中进行熔解，以铝合金变质剂占铝液重量的1.5-2％为标准，按重量份称取变质剂的各组分；
2)加入碳化铝和氯化钾：将熔融的铝液升温至1100-1150℃，静置60min后，将碳化铝粉末和氯化钾粉末加入到铝液中，搅拌均匀后静置1h；
3)加入CuP14：将铝液降温至1000℃，把CuP14加入到铝液中，搅拌均匀，将温度缓慢降至850-950℃，静置2h；
4)加入镧和硒：将铝液缓慢降温至850℃，加入镧和硒，搅拌均匀后，控制温度在750-800℃，静置50min；
5)浇铸冷却：将模具清理干净，预热至200℃，将步骤4)静置后的铝液浇铸到模具中，浇铸完成后，将模具冷却至100℃后脱模，将铸件自然冷却至常温后进行后续处理。

以上所述仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。