文：王 锋
摘 要：概述了当前国内外铝硅合金变质处理的方法，主要阐述了初晶硅变质处理、共晶硅变质处理和复合变质处理的研究现状。 详细地介绍了磷、含磷中间合金
、钠、锶、锑、稀土以及复合变质处理的现阶段研究成果。
关键词：初晶硅变质处理；共晶硅变质处理；复合变质处理
目前，Al-Si 合金被越来越广泛地应用于汽车、航空等加工制造业，例如发动机缸体、汽缸套、刹车片和活塞等。 在日常铝合金铸造生产中， 初晶硅和共晶硅多为多角形、星形（初晶硅）和粗大针片状（共晶硅），且尺寸和分布很不理想，致使其易发生断裂，力学性能下降。
细化和变质初晶硅和共晶硅， 达到球状均匀分布的初晶硅和共晶硅， 是 Al-Si
合金获得良好力学性能的有效途径。
1 单元素变质
1.1 初晶硅变质处理现状
磷元素对初晶硅具有较好的变质作用， 而且只需少量磷，就可以有效细化初晶硅，使其尺寸减小，成颗粒状均匀弥散分布。 但变质过程中会产生大量有毒气体烟雾P2O5， 对环境有很大的污染 。 而对含磷中间合金，如 Cu-P、Al-Cu-P 等变质剂的研究也取
得了一定的成果 ， 虽然 Cu-P 偏析严重、Al-Cu-P制备复杂，成本高，没有得到广泛应用，但刘相法等用熔铸法制备的 Al-P 中间合金，工艺简便，熔点低，克服了 Cu-P
合金难溶的缺点，且可实现 “绿色”变质，有广阔的应用前景。
1.2 共晶硅变质处理现状
钠是对铝硅合金变质能力最强的元素， 可以使共晶硅转化为完全均匀分布的纤维状。 但是金属钠对硅铝合金的变质效果易衰退， 且会降低液态硅铝合金流动性，影响铸件质量。
金属锶靠吸附在共晶硅的生长台阶上 阻碍其长成片状来达到细化共晶组织的效果，
对硅铝合金的变质效果与金属钠相当， 对共晶硅有较好的细化变质效果。但是变质处理后的铸件不易除氢，比较容易生成针孔，降低硅铝合金的铸造质量。锶变质后， 共晶硅中的孪晶密度随生长速度减小而降低。 但是当孪晶的生长速度过低时，经变质处理的孪晶密度与未处理的共晶硅的孪晶密度相同, 形态成片状。
锶变质处理时, 许多合金元素, 如 P、Sb、Te、Bi、Ca、B 等均会毒化锶的变质效果。同时还会产生过变质现象，研究表明：当锶的质量分数在 0 .015 %～0.050%时，锶变质铝硅合金中的 α(Al)及硅相较粗大, 并出现硅化锶、硅铝化锶等化合物，易导致铸件塑性和韧性大幅度下降。研究人员通过现场实验详细研究了温度与锶变质合金加入量对铝合金铸件的影响。研究表明：当变质合金（锶含量为 10%）的加入量 0.04%
和处理温度740℃时，铝硅合金的细化效果，抗衰退能力最好。
锑变质是使共晶硅组织以片状形式产生分枝，从而细化组织。 同时树枝状分枝增多、分布均匀。金属锑对硅铝合金的变质效果虽然不及钠和锶，却有不易烧损，可多次重熔使用的特性。 而且锑与钠、锶同时加入进行混合变质时， 会形成 Na2Sb 等化合物，使变质元素相互抵消，降低变质处理效果。
锑变质对冷却速度敏感，变质效果对快冷条件下铸件， 以及薄壁砂型件或使用金属型件十分明显，但对较厚的大型砂型件无变质效果。
国内研究表明：稀土元素对铝合金具有良好的变质作用，对铝硅合金有微晶化、强化和合金化作用，可以改善铝硅合金的综合力学性能。研究人员对十多种稀土和混合稀土元素变质铝硅合金效果进行了研究，结果表明：稀土元素变质能力的强弱从 Yb、La、Ce、Pr、Nd 和混合稀土排列， 而 Er 和 Y 元素对硅铝合金的变质能力较弱。研究表明：用稀土铈对铝硅合金变质处理，当铈小于 1.0%时， 初晶硅尺寸随铈的增加而变小，小颗粒状共晶硅逐渐增多，变质效果越好。但是铈含量超过 1.0%，因铈的固溶度很小，会在合金晶界处与其它元素形成化合物， 对合金组织和性能均有害处，出现“过变质
”现象。
国外研究也表明，加入质量分数 1.0%的铈元素对铝硅合金(Al-17%Si)进行变质处理，可以同时细化初晶硅和共晶硅相，提高合金的抗拉强度。而0.3%的稀土元素镧可以有效促进共晶硅转变为颗粒状。#p#分页标题#e#
2 复合变质处理
单元素变质处理铝硅合金都有一些不足之处，很难达到最佳处理效果， 而复合变质处理可以弥补单一元素处理的一些不足。钠、锶元素变质原理基本一致，变质作用相互促进，互不干扰抵消。 研究人员以钠盐、锶盐为原料，在 740℃时对铝硅合金进行变质处理。 其变质有效时间达 4h 以上，重熔 3 次仍有稳定变质效果。虽然磷、锶单独变质时，可以分别细化初晶硅与共晶硅， 但是二者复合变质处理时会生成 Sr3P2，对磷锶变质效果有一定的削弱， 没达到理想的变质效果。研究发现：用磷酸盐 2.0%~2.5%
和锶盐1.4%~1.6%复合变质处理铝硅合金时， 变质效果最好。
磷和稀土不会互相干扰变质效果， 是目前国内外研究比较多的一种复合变质方法。
研究结果显示，当硅的质量分数小于 30%时，变质效果显著；但是当硅质量分数大于 30%时，复合变质对初晶硅的细化效果很不明显。
研究表明:添加 0.08%的磷和 1.1%的稀土进行复合变质处理时，对硅铝合金的变质效果最好。 过量添加稀土会恶化硅铝合金性能。
国内学者对 P-Re-Sr 三元复合变质进行了大量研究，结果显示：复合变质处理后初晶硅以很小的尺寸均匀分布在铝基体中； 共晶硅也得到很好的细化，且成纤维状弥散分布与基体，硅铝合金的力学性能得到很大的提高。
3 结语
铝硅合金在现代工业中的应用越来越广泛。 对铝硅合金进行变质处理， 提高其性能是进一步拓宽其应用领域的有效途径。因此，开发出更多变质材料和工艺方法，尤其是复合变质处理技术，必将会成为未来发展的方向。
