杂质元素对铝硅合金Si相形核影响的探讨

来源期刊：材料导报2018年第15期

论文作者：敖晓辉 邢书明 李少乾 韩青友

文章页码：2647 - 2652

关键词：杂质元素;Al-Si合金;Si相;形核基底;

摘    要：Si相的尺寸和形貌对Al-Si合金的性能具有重要的影响。如何在增加Si相的有效形核基底数量以显著提高Si相形核率、细化初晶Si的同时,不削弱共晶Si的细化和变质效果,是提高铝硅合金性能的关键。添加适量的合金元素和微量元素是调节Si相形核率的重要手段之一,特别是在不影响主合金元素成分要求的前提下,通过添加变质剂或细化剂,结合除杂技术和浇铸工艺可以明显细化共晶Si尺寸。但是,废杂铝中的杂质元素对Si相形核率的影响规律及其作用机理尚未达成共识,这是废杂铝再生铸造铝硅合金研究中的热点和难点。废杂铝再生因其具有原料来源广、可再生利用、节能减排效果显著等优点成为生产铸造铝合金的重要工艺。然而,由于废杂原料含有多种杂质元素,并且它们对铝硅合金中Si相的交互作用关系不确定,所以很难制定相应的技术措施以同时细化共晶Si和初生Si相。目前已经确证AlP为Si相形核的主要基底,β-Fe相为次要基底,氧化膜对二者的形成具有促进作用。近年来,除深入研究常见元素对Si相形核的作用机理外,两种及两种以上元素之间的相互作用对Si相形核的作用机理也开始受到广泛关注。在充分研究AlP、β-Fe相、氧化膜等可作为Si相形核基底物质的结构特性基础上,针对P-X、Fe-X、Ca-X等二元交互作用对Si相形核的影响研究也取得了显著成果。Sr、Ca、B、Mg等元素一般通过钝化AlP、β-Fe相等Si相形核基底的活性或与AlP反应生成更稳定的化合物这两种机制降低Si相的形核率。当三种或三种以上杂质元素通过直接或间接的交互作用对共晶硅形核率产生影响时,作用机理和作用效果将更为复杂。其主要表现为两种杂质元素单独存在时均有助于发挥第三元素的作用,但同时存在时会反应生成化合物,反而弱化第三元素促进Si相形核的作用。本文描述了Al-Si合金凝固过程中Si相形核基底的作用,重点讨论了常见杂质元素对Si相形核基底的影响。文末就如何进一步掌握杂质元素对Si相形核的交互作用规律以避免杂质元素的有害影响和充分发挥有益微量元素的积极作用提出了新的建议。