废铝再生高硅铝合金工艺研究硅的偏析工艺
废铝再生高硅铝合金工艺研究硅的偏析工艺[20200413194356]
摘 要
由于高硅铝合金在其生产中存在问题：（1）硅的熔炼过程中，花费的时间过长，提高了能耗，降低了生产效益；（2）初晶硅的形态控制比较困难，容易造成粗化现象，损害了材料性能；（3）硅的偏析不均匀，影响了材料的性能，限制了其在生产中的应用。所以需尽可能提高硅在铝合金中的过饱和度及偏析均匀度，以提高其电热稳定性、耐摩擦性等力学性能，使之更适用于工业生产。本课题主要研究废铝再生高硅铝合金过程中从对金属硅块进行表面处理，调整铺料方式及硅块粒度三方面，提高金属硅的熔解速度，同时控制初晶硅形态。通过内生结晶核心的方法改善初晶硅形态，达到良好的变质效果。同时，控制熔炼过程，调整处理工艺，注意随时进行长时间的搅拌，使熔融的合金液充分混合均匀，以此促进硅达到良好的偏析效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:废铝再生高硅铝合金硅的偏析变质处理
目录
1. 绪论 5
1.1引言 5
1.2高硅铝合金的性能特点及应用 6
1.2.1高硅铝合金的性能特点 6
1.2.2高硅铝合金的应用 7
1.3高硅铝合金中的硅 8
1.3.1初晶硅的形貌特征 8
1.3.2初晶硅的成长机制 8
1.3.3初晶硅的影响因素 9
1.4高硅铝合金的生产工艺及细化变质、偏析处理 10
1.4.1熔炼铸造 10
1.4.2快速凝固粉末冶金 12
1.4.3喷射沉积 12
1.5本课题的选题意义及研究内容 12
1.5.1 选题的科学意义和应用前景 12
1.5.2 研究内容 13
2．实验部分 13
2.1实验要求 13
2.2 实验方案 14
2.2.1实验配料 14
2.2.2 实验步骤 14
2.2.3 实验方案修改 16
2.3 实验流程图 17
2.4 实验用药、检测及仪器 17
2.5实验目标 19
3. 结果与讨论 19
3.1金属硅的熔解分析 19
3.1.1 硅的物理特性 19
3.1.2熔硅工艺原理 19
3.1.3 熔解过程 22
3.2 高硅铝合金的具体实验分析 23
3.2.1原料的加料方式 23
3.2.2 硅块表面处理 25
3.2.3硅块的粒度 29
3.3 化学成分 29
3.3.1化学成分 30
4.结论 31
参考文献 32
致谢 34
1.绪论
1.1引言
铝在有色金属中产量和使用范围均居于首位，而且铝合金耐腐蚀性和抗氧化性好，易于加工和再生利用，被广泛应用于建筑、运输、国防、包装等行业，日常生活中常见的铝锅、勺子等都是由铝合金制造。2002年我国电解铝产量达到435万吨，居世界第一位。随着人们生活水平的提高，我国对铝及铝合金的需求不断增长，特别在交通运输业增长较快，今后铝材将成为交通运输业基础材料[1]。同时由于我国铝资源储量有限及铝资源开采的盲目性，使得铝资源日渐趋于贫瘠，因此，大力发展废铝再生对缓解我国铝资源紧缺的现状有着重要意义。
目前，世界上22%的铝产品是通过回收废铝加工制成的。废铝生产再生铝与原铝生产相比较可达95%~97%节能，且工艺简单，流程短，废水、废渣少，对环境的污染小。如：铝再生减少了CO2的产生和排放。与水电生产原铝相比，废铝生产再生铝CO2 排放量减少91%以上，与电生产原铝相比减少97%以上[ 2-5]。我国很多废铝回收企业采用“土法”熔炼，存在技术含量低，工艺落后， 装备设施陈旧，铝烧损大，实收率低等问题。我国普遍的铝实收率只有70%~ 80%，有的还不足60%，这严重浪费了宝贵的铝资源。我国企业的铝回收来源紧缺，严重限制了我国铝再生工业的发展，所以需要从国外进口废铝进行再生处理，才能解决大规模铝再生企业原料不足问题，同时缓解铝资源紧张的局面。据《有色金属报》报道，近年来我国铝废料进口持续增长，2003年1~5月份，我国进口废铝264205t，同比2002年增长70%。在废铝的回收再生过程中，保证再生铝质量的关键工序是废铝的熔炼及熔体的精炼。目前多采用NaCl、NaF、KCl及Na3AIF6等氯盐和氟盐对铝熔体进行精炼变质处理，也有的采用C12或C2C16进行处理。经过分类回收和不同的熔炼工艺，生产出来的产物也不同，其中高硅铝合金就是一种常见的再生产物。
近年来高硅铝合金的研究应用发展很快，在汽车、摩托车、军工等领域得到了广泛的应用，如坦克车、摩托车、汽车发动机的活塞、缸套以及刹车盘等耐磨零件。由于Fe、Si等元素会生成一些金属间化合物来降低合金的断裂韧性并为疲劳裂纹的扩展提供有利条件[6]，因此成为高硅高性能铝合金主要的杂质元素，需要严格控制其含量及分布。
1.2高硅铝合金的性能特点及应用
1.2.1高硅铝合金的性能特点
铝硅合金是良好的耐磨材料，在机械工业中得到广泛的应用。对亚共晶铝硅合金以及共晶铝硅合金的研究，及其变质控制技术已经相当的成熟，国内外一直以Sr，Na变质[7-8]。但随着科学技术和工业技术的迅速发展进步，过共晶铝硅合金由于其与亚共晶、共晶铝硅合金相比，热膨胀系数更小、密度更小，更耐磨、耐蚀的特性，更加适合目前内燃机向高功率、高速度发展的趋势，也更节省燃料，减少污染，它正成为传统共晶铝硅活塞的更新换代材料[9]。
过共晶铝硅合金的导热性好，热膨胀系数小，尺寸稳定性好，耐磨、耐蚀性好，有足够的高温强度和弹性模量，是制造发动机活塞的理想材料[10]。但在过共晶铝硅合金组织中，粗大的初生硅会导致机械性能和切削加工性能恶化，并且随硅含量的增加，初晶硅相逐渐粗大，成为形状不规则的板块状晶体，使合金的强度，尤其是塑性急剧减少，切削加工性能降低。
高硅铝合金是指硅含量大于30%的铝硅合金，属于过共晶铝硅合金。具有比重小，热膨胀系数小，耐磨性高，耐蚀性高，高温强度好，易于铸造成型等诸多特点，在工业上受到广泛应用。合金中各相的组织形貌，尺寸大小及其分布对材料的性能有着重要影响。要获得更适用的高硅铝合金材料，对初晶硅的研究有着重大意义。
1.2.2高硅铝合金的应用
高硅铝合金是一种理想的耐磨材料，在汽车、摩托车、军工等领域得到了广泛的应用，如坦克车、摩托车、汽车发动机的活塞，缸套以及刹车盘等耐磨零件，常用于电子封装、缸套材料。
随着现代高速发展的先进微波技术和集成电路技术，传统的电子封装材料已经越来越不能适应其对封装的严格要求，因此当务之急是开发可满足要求的性能优异的新型封装材料。其中高硅铝合金制成的轻质电子封装材料是理想的合金材料，它的质量仅为金属基电子封装材料的六分之一，且具有很好的热导性能，热膨胀系数能与电路板广泛使用的半导体材料相匹配，因此，作为基片衬底、机壳及盖板等材料可保证电子器件在使用过程中不致受热或开裂而过早失效，在实际生产中可广泛应用。
高硅铝合金具有良好的尺寸稳定性及低热膨胀系数，制造出的缸套材料摩擦学性能明显优于钢和铸铁。美、德、英、日等技术强国率先开发高硅铝合金发动机缸套材料，并且成功的在汽车发动机上得到应用，实现“无间隙配缸”设计的“全铝型”发动机，提高了发动机的升功率密度，已获得良好的技术效益与社会效益。如奔驰、奥迪、宝马、福特等系列汽车都已经成功应用。
活塞的工作条件严苛，对制作活塞的材料要求要有高的机械强度，尤其是要有较高的高温强度；低的膨胀系数；良好的耐磨耐蚀性能。随着铝硅合金中硅含量的提高，活塞的力学性能和使用性能提高，但切削性能恶化[11]，并且当进一步提高硅含量时，铸造性能变差，即使通过变质处理也不能获得良好的组织性能[12]。所以对高硅铝合金中的组织控制和解决材料使用性能与生产工艺间的矛盾是研究活塞材料的热门话题。
1.3高硅铝合金中的硅
摘 要
由于高硅铝合金在其生产中存在问题：（1）硅的熔炼过程中，花费的时间过长，提高了能耗，降低了生产效益；（2）初晶硅的形态控制比较困难，容易造成粗化现象，损害了材料性能；（3）硅的偏析不均匀，影响了材料的性能，限制了其在生产中的应用。所以需尽可能提高硅在铝合金中的过饱和度及偏析均匀度，以提高其电热稳定性、耐摩擦性等力学性能，使之更适用于工业生产。本课题主要研究废铝再生高硅铝合金过程中从对金属硅块进行表面处理，调整铺料方式及硅块粒度三方面，提高金属硅的熔解速度，同时控制初晶硅形态。通过内生结晶核心的方法改善初晶硅形态，达到良好的变质效果。同时，控制熔炼过程，调整处理工艺，注意随时进行长时间的搅拌，使熔融的合金液充分混合均匀，以此促进硅达到良好的偏析效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:废铝再生高硅铝合金硅的偏析变质处理
目录
1. 绪论 5
1.1引言 5
1.2高硅铝合金的性能特点及应用 6
1.2.1高硅铝合金的性能特点 6
1.2.2高硅铝合金的应用 7
1.3高硅铝合金中的硅 8
1.3.1初晶硅的形貌特征 8
1.3.2初晶硅的成长机制 8
1.3.3初晶硅的影响因素 9
1.4高硅铝合金的生产工艺及细化变质、偏析处理 10
1.4.1熔炼铸造 10
1.4.2快速凝固粉末冶金 12
1.4.3喷射沉积 12
1.5本课题的选题意义及研究内容 12
1.5.1 选题的科学意义和应用前景 12
1.5.2 研究内容 13
2．实验部分 13
2.1实验要求 13
2.2 实验方案 14
2.2.1实验配料 14
2.2.2 实验步骤 14
2.2.3 实验方案修改 16
2.3 实验流程图 17
2.4 实验用药、检测及仪器 17
2.5实验目标 19
3. 结果与讨论 19
3.1金属硅的熔解分析 19
3.1.1 硅的物理特性 19
3.1.2熔硅工艺原理 19
3.1.3 熔解过程 22
3.2 高硅铝合金的具体实验分析 23
3.2.1原料的加料方式 23
3.2.2 硅块表面处理 25
3.2.3硅块的粒度 29
3.3 化学成分 29
3.3.1化学成分 30
4.结论 31
参考文献 32
致谢 34
1.绪论
1.1引言
铝在有色金属中产量和使用范围均居于首位，而且铝合金耐腐蚀性和抗氧化性好，易于加工和再生利用，被广泛应用于建筑、运输、国防、包装等行业，日常生活中常见的铝锅、勺子等都是由铝合金制造。2002年我国电解铝产量达到435万吨，居世界第一位。随着人们生活水平的提高，我国对铝及铝合金的需求不断增长，特别在交通运输业增长较快，今后铝材将成为交通运输业基础材料[1]。同时由于我国铝资源储量有限及铝资源开采的盲目性，使得铝资源日渐趋于贫瘠，因此，大力发展废铝再生对缓解我国铝资源紧缺的现状有着重要意义。
目前，世界上22%的铝产品是通过回收废铝加工制成的。废铝生产再生铝与原铝生产相比较可达95%~97%节能，且工艺简单，流程短，废水、废渣少，对环境的污染小。如：铝再生减少了CO2的产生和排放。与水电生产原铝相比，废铝生产再生铝CO2 排放量减少91%以上，与电生产原铝相比减少97%以上[ 2-5]。我国很多废铝回收企业采用“土法”熔炼，存在技术含量低，工艺落后， 装备设施陈旧，铝烧损大，实收率低等问题。我国普遍的铝实收率只有70%~ 80%，有的还不足60%，这严重浪费了宝贵的铝资源。我国企业的铝回收来源紧缺，严重限制了我国铝再生工业的发展，所以需要从国外进口废铝进行再生处理，才能解决大规模铝再生企业原料不足问题，同时缓解铝资源紧张的局面。据《有色金属报》报道，近年来我国铝废料进口持续增长，2003年1~5月份，我国进口废铝264205t，同比2002年增长70%。在废铝的回收再生过程中，保证再生铝质量的关键工序是废铝的熔炼及熔体的精炼。目前多采用NaCl、NaF、KCl及Na3AIF6等氯盐和氟盐对铝熔体进行精炼变质处理，也有的采用C12或C2C16进行处理。经过分类回收和不同的熔炼工艺，生产出来的产物也不同，其中高硅铝合金就是一种常见的再生产物。
近年来高硅铝合金的研究应用发展很快，在汽车、摩托车、军工等领域得到了广泛的应用，如坦克车、摩托车、汽车发动机的活塞、缸套以及刹车盘等耐磨零件。由于Fe、Si等元素会生成一些金属间化合物来降低合金的断裂韧性并为疲劳裂纹的扩展提供有利条件[6]，因此成为高硅高性能铝合金主要的杂质元素，需要严格控制其含量及分布。
1.2高硅铝合金的性能特点及应用
1.2.1高硅铝合金的性能特点
铝硅合金是良好的耐磨材料，在机械工业中得到广泛的应用。对亚共晶铝硅合金以及共晶铝硅合金的研究，及其变质控制技术已经相当的成熟，国内外一直以Sr，Na变质[7-8]。但随着科学技术和工业技术的迅速发展进步，过共晶铝硅合金由于其与亚共晶、共晶铝硅合金相比，热膨胀系数更小、密度更小，更耐磨、耐蚀的特性，更加适合目前内燃机向高功率、高速度发展的趋势，也更节省燃料，减少污染，它正成为传统共晶铝硅活塞的更新换代材料[9]。
过共晶铝硅合金的导热性好，热膨胀系数小，尺寸稳定性好，耐磨、耐蚀性好，有足够的高温强度和弹性模量，是制造发动机活塞的理想材料[10]。但在过共晶铝硅合金组织中，粗大的初生硅会导致机械性能和切削加工性能恶化，并且随硅含量的增加，初晶硅相逐渐粗大，成为形状不规则的板块状晶体，使合金的强度，尤其是塑性急剧减少，切削加工性能降低。
高硅铝合金是指硅含量大于30%的铝硅合金，属于过共晶铝硅合金。具有比重小，热膨胀系数小，耐磨性高，耐蚀性高，高温强度好，易于铸造成型等诸多特点，在工业上受到广泛应用。合金中各相的组织形貌，尺寸大小及其分布对材料的性能有着重要影响。要获得更适用的高硅铝合金材料，对初晶硅的研究有着重大意义。
1.2.2高硅铝合金的应用
高硅铝合金是一种理想的耐磨材料
随着现代高速发展的先进微波技术和集成电路技术，传统的电子封装材料已经越来越不能适应其对封装的严格要求，因此当务之急是开发可满足要求的性能优异的新型封装材料。其中高硅铝合金制成的轻质电子封装材料是理想的合金材料，它的质量仅为金属基电子封装材料的六分之一，且具有很好的热导性能，热膨胀系数能与电路板广泛使用的半导体材料相匹配，因此，作为基片衬底、机壳及盖板等材料可保证电子器件在使用过程中不致受热或开裂而过早失效，在实际生产中可广泛应用。
高硅铝合金具有良好的尺寸稳定性及低热膨胀系数，制造出的缸套材料摩擦学性能明显优于钢和铸铁。美、德、英、日等技术强国率先开发高硅铝合金发动机缸套材料，并且成功的在汽车发动机上得到应用，实现“无间隙配缸”设计的“全铝型”发动机，提高了发动机的升功率密度，已获得良好的技术效益与社会效益。如奔驰、奥迪、宝马、福特等系列汽车都已经成功应用。
活塞的工作条件严苛，对制作活塞的材料要求要有高的机械强度，尤其是要有较高的高温强度；低的膨胀系数；良好的耐磨耐蚀性能。随着铝硅合金中硅含量的提高，活塞的力学性能和使用性能提高，但切削性能恶化[11]，并且当进一步提高硅含量时，铸造性能变差，即使通过变质处理也不能获得良好的组织性能[12]。所以对高硅铝合金中的组织控制和解决材料使用性能与生产工艺间的矛盾是研究活塞材料的热门话题。
1.3高硅铝合金中的硅
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/533.html
