AlP在Al-Si熔体中的行为及P吸收率研究

论文摘要

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。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 Al-Si活塞合金的发展现状与趋势
• 1.2 Al-Si合金的组织和力学性能特点
• 1.2.1 Al-Si合金的组织特点
• 1.2.2 Al-Si合金的力学性能特点
• 1.3 提高Al-Si合金性能的主要途径
• 1.3.1 Al-Si合金的合金化
• 1.3.2 减少合金中的有害杂质
• 1.3.3 Al-Si合金的变质处理
• 1.3.4 改进铸造方法
• 1.4 Al-Si合金的P变质处理
• 1.4.1 含磷变质剂的种类
• 1.4.2 影响P变质效果的工艺因素
• 1.5 课题提出的意义
• 1.6 本文主要研究内容
• 第二章 试验方案及研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备及分析仪器
• 2.3 试样的制备及分析
• 2.4 P吸收率的计算
• 2.4.1 光电直读光谱仪
• 2.4.2 P吸收率的计算方法
• 第三章 AlP在Al-Si熔体中的行为
• 3.1 引言
• 3.2 Al-Cu-P中间合金制备时AlP化合物的形貌变化
• 3.3 Al-Cu-P中间合金变质Al-Si合金时AlP化合物的变化
• 3.3.1 使用Al-Cu-P中间合金试样1变质时试验参数对AlP形貌的影响
• 3.3.2 使用Al-Cu-P中间合金试样3变质时AlP形貌的变化
• 3.4 AlP在熔体中的行为分析
• 3.4.1 过程分析
• 3.4.2 现象解释
• 3.5 小结
• 第四章 Al-P系中间合金P吸收率的研究
• 4.1 引言
• 4.2 影响Al-P系中间合金P吸收率的因素
• 4.2.1 工艺参数的影响
• 4.2.2 Al-P系中间合金组织形态的影响
• 4.2.3 外来粒子的影响
• 4.2.4 Al-P系中间合金成分的影响
• 4.3 实际生产条件下P吸收率的变化
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的学术成果及所获奖励
• 学位论文评阅及答辩情况表