于勇衡，李守华

铝锶合金兴起于20世纪70年代，广泛应用于20世纪80年代，是公认的铝硅系列亚共晶铝硅合金和共晶铝硅合金最理想的变质剂。我国在铝锶合金生产、应用上远远落后于发达国家，近几年来，国内汽车工业和加工业的发展逐步提出了对铝锶合金变质剂的需求。Al-Sr合金作为铸造铝合金的优良变质剂，可以改善合金的综合性能及流动性，使其具有更好的铸造性能，使用效果良好。目前国内使用Al-Sr（10%）合金主要用于轮毂铝合金的变质处理等，国外近几年已将铝锶合金用于飞机制造，大大提高合金性能，且重量减轻30%。

本研究探讨把纯锶加入铝液中直接制取铝锶（10%）合金的主要工艺参数，包括加锶温度、铸造温度、静置时间等技术参数，在实验室生产中实现了铝锶合金烧损降到5%以下，锶的吸收率达到80%以上的较好试验效果。生产的Al-Sr合金变质处理后的A356.2合金，力学性能和金相组织完全达到了用户使用要求。

1 铝锶合金试制分析

试制设备采用坩埚电炉，原料有：工业纯铝（Al 99.7%）、工业纯锶（Sr 99.5%）。

铸造行业中锶用作铝硅合金的变质剂，生产中大多数以Al-Sr中间合金或Al-Sr-X三元合金的形式加入铝液中［1］。锶为面心立方结构，在铝中溶解度甚微，铝和锶组成3种金属间化合物，即AlSr、Al2Sr和Al4Sr。Al-Sr系中存在两个低熔点共晶组织，其一为AlSr与Sr组成的共晶体，锶量为90%，共晶温度约为585℃，增加或降低锶量皆会引起Al-Sr体系液相线温度急剧升高；Al4Sr与Al组成另一组共晶体，锶量为3.2%，共晶温度为654℃。其他含锶20%～60%的Al-Sr合金，熔点皆甚高，实际生产中难以应用。因此选定Al-Sr（10%）合金作为研究对象。

根据Al-Sr二元合金相图，Al-Sr（10%）合金的液相线温度在770℃左右，因此加锶时的铝液温度应控制在850～900℃之间，铸造温度应控制在790～820℃之间。金属锶是十分活泼的碱性金属，化学活性高（基本物理参数见表1），遇铝液后即发生剧烈反应，引起燃烧。而且锶元素在铝液中随着铝熔体保温时间的延续而不断减少，是氧化反应的结果。

表1 锶的基本物理参数［1-2］

锶的氧化模式为［Sr］+［O］→（SrO），锶的氧化速度可用下式表示：

式中：C［Sr］为某一时刻熔体中的锶浓度；C［O］为同一时刻熔体中的氧浓度；k为反应速度常数，是温度和组元的函数。因此静置时间不能过长，应控制在2～3 min之内。

2 铝锶合金熔炼试制

将称量好的工业纯铝加入坩埚炉中熔化，在850～950℃之间保温。用铝箔包裹好称量好的纯锶，使用钟罩快速把锶压入铝液中。待反应结束后取出钟罩，用工具搅匀合金液，静置2～3 min后浇铸样品。试制过程工艺参数及试制结果见表2。

3 应用效果

应用第2次试制的Al-Sr（10%）合金样品对A356.2合金进行了变质处理，并与某厂Al-Sr（10%）合金产品的变质处理效果进行了对比。

表2 Al-Sr合金熔炼工艺参数及结果

3.1 金相组织

变质处理前后A356.2合金的金相组织及某厂Al-Sr合金变质后的金相组织见图1。变质前A356.2合金基体组织为白色的α（Al）固溶体和灰色针状、片状的共晶体Si（见图1a）；两种铝锶合金变质处理后，A356.2合金基体组织都为呈细小圆形质点的共晶体Si，即纤维状的共晶组织，还有呈树枝状结晶的初生α（Al）固熔体（见图1b、图1c）。即铸态硅相都呈细小纤维状，分布在细小铝枝晶周围，保证了Mg2Si相强化基体的作用及铝基体塑性的充分发挥，从而提高了合金的力学性能。因此，试制Al-Sr（10%）合金从金相组织分析达到了预期的变质效果。

3.2 力学性能

目前，轮毂业中对原料A356.2合金的抗拉强度一般要求是≥140 MPa［3］，布氏硬度≥50 HB。A356.2合金经试制Al-Sr合金变质处理后平均抗拉强度161.0 MPa，平均硬度55.6 HB。完全满足用户使用要求。

4 结语

采用加锶温度890℃、静置时间不超过3 min、铸造温度815～825℃的工艺参数，可以熔炼出结果满意的Al-Sr（10%）中间合金，锶的吸收率达到80.02%，合金烧损仅为4.4%。试制Al-Sr（10%）合金完全满足A356.2合金的变质需要，完全达到市场产品的变质效果。今后准备把制得的合金通过挤压制成杆状、丝状、块状等规格，用于高端合金产品的稳定变质处理。

参考文献：

［1］ 虞觉奇.二元合金状态图集［M］.上海：上海科技出版社，1987.

［2］ 李振寰.元素性质数据手册［M］.石家庄：河北人民出版社，1985.

［3］ 姜兆梦，蓝民国，定能续.电解铝锶合金变质剂及其应用［J］.汽车工艺及材料，1992（8）：11-14.