專利名稱：一種銅－硅－硼中間合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別是涉及一種用于工業(yè)近共晶鋁硅合金變質(zhì)處理的中間合金——銅-硅-硼中間合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
近共晶鋁硅合金由于具有質(zhì)量輕、易加工和成本低等優(yōu)點(diǎn)是制造活塞的首選材料，特別是磷變質(zhì)處理后，在鋁基體上析出大量細(xì)小的初晶硅，形成了自生硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，具有良好的耐磨性，體積穩(wěn)定性和耐熱性能等。因此，磷變質(zhì)處理在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞制造業(yè)中得到廣泛采用。工業(yè)生產(chǎn)中磷主要是以赤磷、磷鹽或中間合金等形式加入。但這些方法都存在著許多缺點(diǎn)赤磷的燃點(diǎn)低(240℃)，運(yùn)送不安全，且變質(zhì)時(shí)反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量有毒的P2O5氣體，嚴(yán)重地污染環(huán)境；磷鹽效果不穩(wěn)定，使用過(guò)程中也存在環(huán)境污染問(wèn)題；銅-磷中間合金熔點(diǎn)高，加入到鋁合金中后難熔化，易偏析，效果不穩(wěn)定。為此，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索，試圖尋求一種理想的環(huán)保中間合金。專利號(hào)為ZL01107704.2的中國(guó)專利報(bào)道了鋁-磷-銅中間合金及其制備方法；專利號(hào)為ZL00310105444.3的中國(guó)專利報(bào)道了一種低熔點(diǎn)銅-磷基中間合金及其制備方法，兩者都較好地解決了變質(zhì)劑添加過(guò)程中的污染問(wèn)題，但是這些中間合金的制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)污染、不含磷且制備使用簡(jiǎn)便的銅-硅-硼中間合金及其制備方法。
本發(fā)明是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的銅-硅-硼中間合金，其特征是它由銅、硅、硼三種元素組成，各組分的質(zhì)量百分比為銅50.0-78.0，硅20.0-48.0，硼0.5-5。
上述銅-硅-硼中間合金的制備方法，是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的(1)按工業(yè)純銅5.0～73.5％、工業(yè)純硅20.0～48.0％、銅-硼中間合金5.0～50.0％的質(zhì)量百分比稱取原料；(2)在熔煉爐中將純銅和銅-硼中間合金熔化至1300℃～1500℃，然后加入已稱取好的硅迅速攪拌至反應(yīng)完全；(3)直接澆注成錠。
上述銅-硅-硼中間合金的制備方法，其特征是步驟(1)中所述的銅-硼中間合金由銅、硼兩種元素組成，各組分的質(zhì)量百分比為銅85.0～95.0，硼5.0～15.0。
元素硼能夠與工業(yè)純鋁硅合金中鎂、鈣等多種元素相結(jié)合形成多元化合物，該化合物可以作為初晶硅的結(jié)晶核心，從而促進(jìn)近共晶鋁硅合金中初晶硅的析出；銅硅二元合金中的高熔點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)在熔融鋁硅合金中也可作為初晶硅析出的襯底，從而也起到促進(jìn)共晶鋁硅合金中初晶硅的析出的作用。本發(fā)明銅-硅-硼中間合金利用元素硼促進(jìn)近共晶鋁硅合金中初晶硅的析出及高熔點(diǎn)銅-硅中間合金在鋁硅合金中的遺傳性，對(duì)工業(yè)近共晶鋁硅合金進(jìn)行變質(zhì)處理。銅-硅-硼中間合金具有變質(zhì)效果穩(wěn)定、無(wú)污染、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在銅-硅-硼中間合金加入量為1％的情況下，可使近共晶鋁-硅合金組織中析出細(xì)小圓整尺寸在30μm左右的初晶硅，是一種新型工業(yè)近共晶鋁-硅合金變質(zhì)劑。
具體實(shí)施例方式
下面給出本發(fā)明的三個(gè)最佳實(shí)施例實(shí)施例1首先按純銅25％、硅25％；含硼10％的銅-硼合金50％的質(zhì)量比稱取原料；將純銅和銅-硼中間合金熔化并升溫至1480℃，然后加入已稱好的硅，迅速攪拌至完全反應(yīng)；
直接澆注成錠。
按照上述配比得到一種最佳成分的銅-硅-硼中間合金，其化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)為硅25，硼5，其余為銅。
實(shí)施例2首先按純銅50％、硅40％；含硼10％的銅-硼合金10％的質(zhì)量比稱取原料；將純銅和銅-硼中間合金熔化并升溫至1350℃，然后加入已稱好的硅，迅速攪拌至完全反應(yīng)；直接澆注成錠。
按照上述配比得到的銅-硅-硼中間合金，其化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)為硅40，硼1，其余為銅。
實(shí)施例3首先按純銅40％、硅30％；含硼10％的銅-硼合金30％的質(zhì)量比稱取原料；將純銅和銅-硼中間合金熔化并升溫至1350℃，然后加入已稱好的硅，迅速攪拌至完全反應(yīng)；直接澆注成錠。
按照上述配比得到的銅-硅-硼中間合金，其化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)為硅30，硼3，其余為銅。
權(quán)利要求
1.一種銅-硅-硼中間合金，其特征是它由銅、硅和硼組成，各組分的質(zhì)量百分比為銅50.0-78.0，硅20.0-48.0，硼0.5-5。
2.制備權(quán)利要求1所述銅-硅-硼中間合金的方法，其特征是包括以下步驟(1)按工業(yè)純銅5.0～73.5％、工業(yè)純硅20.0～48.0％、銅-硼中間合金5.0～50.0％的質(zhì)量百分比稱取原料；(2)在熔煉爐中將純銅和銅-硼中間合金熔化至1300℃～1500℃，然后加入已稱取好的硅迅速攪拌至反應(yīng)完全；(3)直接澆注成錠。
3.根據(jù)制備權(quán)利要求2所述銅-硅-硼中間合金的制備方法，其特征是步驟(1)中的銅-硼中間合金由銅、硼兩種元素組成，各組分的質(zhì)量百分比為銅85.0～95.0，硼5.0～15.0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于變質(zhì)工業(yè)近共晶鋁－硅合金的銅－硅－硼中間合金及其制備方法。該中間合金的化學(xué)組成為銅50.0－78.0，硅20.0－48.0，硼0.5－5。制備步驟是按比例準(zhǔn)備好工業(yè)純銅、結(jié)晶硅、銅－硼中間合金原料，在熔煉爐中1300℃～1500℃條件下將工業(yè)純銅和銅－硼中間合金先熔化，再加入結(jié)晶硅，然后迅速攪拌至完全反應(yīng)，直接澆注成錠。該中間合金在使用過(guò)程中無(wú)污染，不含磷，熔化速度快，變質(zhì)效果穩(wěn)定、長(zhǎng)效，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，是一種新型的工業(yè)近共晶鋁硅合金變質(zhì)劑。
文檔編號(hào)C22C21/00GK1865471SQ20061004496
公開(kāi)日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日
發(fā)明者劉相法, 武玉英, 邊秀房 申請(qǐng)人:山東大學(xué)