Si-P系與Cu-P系富磷合金的研究.pdf

1、本文利用高倍視頻顯微鏡(HSVM)、電子探針顯微分析儀(EPMA)、X射線衍射儀(XRD)及場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)等測試手段系統(tǒng)研究了Si-P系和Cu-P系富磷合金的微觀組織及其應(yīng)用。采用Si-P系合金對過共晶Al-Si、Al-Mg-Si合金進(jìn)行細(xì)化處理并確立了合適的細(xì)化工藝；探討了Si-Mn-P、Si-Zr-Mn-P、Si-Cr-Mn-P等多元富磷系合金的相組成及組織形貌；分析了幾種過渡族元素對Cu-P合金中磷化物種類、組

2、織及性能的影響。本文的主要研究工作如下：
　　 (1)Si-P系合金對初晶Si及Mg2Si的細(xì)化處理
　　 由于Si-P系合金本身具有的難溶性，使其在通常條件下直接加入到過共晶A1-Si合金中時難以實現(xiàn)有效細(xì)化作用；然而先將Si-P系合金加入純Al中、再按照相應(yīng)比例加Si的添加工藝可以完全發(fā)揮Si-P系合金的細(xì)化效果。細(xì)化機理為：當(dāng)將Si-P系合金加入到Al熔體中時，其具有較快的溶解速度，含磷相能夠快速與Al反應(yīng)生成Al

3、P顆粒，初晶Si在析出過程中可以依附其作為形核襯底從而實現(xiàn)細(xì)化。Si-P系合金的組織會影響其溶解速度進(jìn)而對其細(xì)化效果產(chǎn)生影響，含有較多細(xì)小共晶組織的合金更容易起到良好的細(xì)化作用。經(jīng)過快速凝固技術(shù)處理，Si-P系合金的微觀組織得到細(xì)化，一些合金相的固溶度相對增大?？焖倌蘏i-P系合金加入鋁中形成的AlP較為分散，細(xì)化效果更好。
　　 通過正交試驗可知SiP10-1合金細(xì)化Al-24Si時最大影響因素為細(xì)化溫度，其次是合金的加入量

4、，保溫時間影響最小。結(jié)合生產(chǎn)實際確定SiP10-1合金對Al-24Si的最佳細(xì)化工藝參數(shù)為：細(xì)化溫度810℃，加入量0.35％，保溫時間30min+50min(先將SiP10-1加入Al中保溫30min后加Si，再保溫50min)。
　　 高效高P量的Si-P系富磷合金，對Mg-Si合金及Al-Mg-Si合金中的初晶Mg2Si均具有良好的細(xì)化效果。Mg-Si-Mn-P合金中的P均勻分布在Mg2Si上，且對過共晶Mg-Si合金中的

5、初晶Mg2Si相及過共晶Al-Si合金中的初晶Si相具有良好得細(xì)化效果。
　　 (2)Si-TM-P合金的制備及其對Al-Si活塞合金的細(xì)化
　　 當(dāng)Si-Mn-P合金成分位于MnSi1.75-x-Si-MnP成分三角形內(nèi)時沒有三元化合物的形成，該種合金組織形成規(guī)律為：初晶Si或MnP首先被多種形貌的(Si+MnP)包圍，然后被表現(xiàn)為離異的二元組織形貌的三元共晶(Si+MnSi1.75-x+MnP)包圍。根據(jù)Si-Mn-

6、P合金組織形成規(guī)律及成分三角形圖，制備了含有較多共晶組織的Si-40Mn-15P合金。當(dāng)細(xì)化過共晶Al-24Si合金時，其在通常細(xì)化溫度下便會溶解，起到良好細(xì)化效果。利用Si-40Mn-15P合金對活塞合金A390進(jìn)行細(xì)化與合金化處理，發(fā)現(xiàn)除了能夠有效細(xì)化初晶Si之外，還能促進(jìn)對高溫性能有利的耐熱Fe相的析出。
　　 制備的Si-Zr-Mn-P合金中的富磷相主要以ZrP的形式析出。ZrP相呈枝晶狀，均勻分布在合金中。利用其對活塞

7、合金A390進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)初晶Si細(xì)化效果良好，且共晶Si由于Al-Si共晶團(tuán)得到Zr的細(xì)化而變得短小。細(xì)化處理后的合金中亦發(fā)現(xiàn)耐熱Fe相的存在。制備的Si-Cr-Mn-P合金中的富磷相同時固溶有Mn、Cr和Si元素，均勻分布在合金中。利用其對活塞合金A390進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)初晶Si細(xì)化效果良好，并且耐熱Fe相的數(shù)量增多、且形貌更為圓整，分布在耐熱共晶相的周圍。
　　 (3)過渡族元素對Cu-P系合金中磷化物種類、組織及性能影響<

8、br>　　 向單相Cu3P組織的Cu-14P合金中引入Ti、Cr與Zr等過渡族元素，可以使Cu-P系合金中出現(xiàn)幾種過渡族磷化物相，如TiP、Cr12P7、ZrP。其中TiP的硬度值要高于ZrP及Cr12P7，此類磷化物的存在能夠大幅度提高Cu合金的硬度。向近共晶Cu-8P合金中引入不同量的Ni，發(fā)現(xiàn)由于Ni的加入，Cu-P合金的微觀組織發(fā)生了明顯的變化。Cu3P相首先由共晶相中的層片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榇执蟮闹?，再轉(zhuǎn)變?yōu)槎绦〉娜湎x狀，并且共晶