作者简介：许春雷(1984-)，男，在校大学生，主要从事材料非平衡制
备等方面的研究。
许春雷，刘波涛，乔萌佳，王正军
(江苏宿迁学院，江苏宿迁 223800)
摘 要：采用光学显微镜、X 射线衍射分析(XRD )等技术研究Al -10Ce 中间合金对工业纯铝变质效果和长效变质，并与钠盐变质进行对比。结果表明，用Al -10Ce 中间合金对工业纯铝进行变质，可取得极好的变质效果，变质持续时间比钠盐变质剂更长久且具有更好的重熔稳定性。关键词:Al -10Ce 中间合金；变质效果；变质长效性 中图分类号:TG 14612+1 文献标识码:A 文章编号:1003-5540(2008)06-0045-04
稀土元素具有很多独特的性质，因此添加少量
的稀土元素能极大地影响材料的组织与性能。目前国际上把稀土元素誉为新技术革命的战略元素、高科技的生长点、新材料的宝库[1]。在高科技领域中，稀土元素发挥着重要的作用，同时稀土元素又被称
为“21世纪的材料”[2]
。
稀土被广泛用于Al ,Mg ,Cu ,Ni ,Cr ,W ,Nb 等有金属及其合金中以改善其物理性能和机械性能。Al 及其合金是目前应用最广泛的有金属与合金，在现代工业、航天、建筑交通运输、包装装潢、日常生活用品等领域已成为不可缺少的重要材料。稀土元素的加入使得稀土铝合金成为一种性能优良、用途广泛的新型材料，目前中国稀土铝合金的产量已近Al 产量的1/4[2]。然而Al 及其合金应用领域的广泛开拓和迅猛发展与近30年来变质剂的研究和使用是分不开的。
1920年人们发现了Na 具有变质作用，并确认Na 是最适合于作变质剂的元素，但是用Na 变质处
理的重要缺点是有效时间短,Na 易氧化，消耗快，易
与坩埚反应，降低坩埚的使用寿命，腐蚀产物的清理也非常困难和环境条件差。近年来由于铸造方法多样化，由砂型铸造到金属永久型铸造及低压铸造方法的普及，熔体的保温时间必须要延长，因此在这样的铸造作业中Na 就不能满足需要了。为了克服Na 变质剂的不足，人们一直在进行许多变质元素的研究，已知的有G a ,Ba ,Sr ,Sb ,Te ,Li 等[3]。自1977年 起人们研究Sr 变质开始活跃起来,20世纪80年代由研究阶段进入实用阶段。近几年来，我国也开始采
用Sr 作变质剂。Sr 变质效果好，且具有长效性。然而，单独用Sr 作变质剂时，发现有吸气倾向，且成本比较高，易引起缩孔缺陷，使合金致密度降低,Sr 与熔体中的氧化物夹杂相结合会阻碍除氢，并且向未除去夹杂(氧化物)的Al 熔体中加Sr ，铸件产生了疏松。将此熔体进行真空除气，疏松减少但不能完全消除。因而寻新的综合性能更强的变质剂也就从未间断，经过多年的研究和探索，稀土是最被看重和最有希望的Al 及其合金的变质剂，我国有得天独厚的稀土资源。选用稀土作为变质剂对于发展我国的炼Al 与Al 材工业和稀土工业均有重要的现实意义[4]。为了解决Al 变质过程中的环境污染问题，用熔配法制备了一种高效、低价格且适于产业化生产的铝变质剂-Al -10Ce 中间合金。由于RE 元素化学性质较活泼、易氧化，烧损严重，故一般均以中间合金形式加入。使用得最多的是Ce 为主的混合稀土。在配制Al -Ce 中间合金的含Ce 量应在共晶成分附近(约10%),Ce 含量过高，使熔点升高，增加熔制困难[5]。Al -10Ce 中间合金对Al 进行变质，加入适量时即可取得良好的变质效果。试验重点研究了Al -10Ce 中间合金对工业纯铝的变质效果、长效性
等优异性能，并与钠盐对工业纯铝变质进行对比。研究表明，用Al -10Ce 中间合金，变质持续时间比钠盐变质剂更长久且具有更好的重熔稳定性，有着广阔的应用前景。
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4第24卷第6期2008年12月
湖南有金属
HUNAN NONFERROUS METAL S
1 Al-10Ce中间合金制备试验
111 试验材料与制备方法智能药盒
就Al-Ce中间合金制备工艺而言，制备方法有融盐电解法、铝热还原法和熔配法，在合理的技术工艺保障下，直接用熔配法制备各种Al-Ce中间合金，对只拥有常规金属熔炼设备的大量厂家是一条经济效益、社会效益都可行的工艺方案。该工艺无需专用电解及相应环保设备的投资，因此生产规模要求小。用该工艺生产Al-10Ce中间合金，适应当前许多Al-10Ce用户使用量少的销售市场特点，可创造较高的经济效益。又由于不造成环境污染，也显示出较好的社会效益[6]。本实验将选用“熔配法”工艺制备Al-10Ce中间合金。
11原料：工业纯Al(w Al=99170%)；稀土金属铈Ce(w Ce=99100%),w Fe<01210%,w Si< 01051%。
视觉定位系统21熔炼设备：电阻炉、石墨坩埚及热电偶。
31熔炼工艺：用石墨坩埚熔化工业纯铝，铝液过热到680℃、700℃、720～740℃，待铝锭将熔时，
在其上撒上一层干燥的铝覆盖剂。当铝锭全部熔化后，把Ce料放置在铁制的有孔的漏勺中，然后一起放入铝液内，漏勺旋置在坩埚中部，待前一块Ce料熔化后，再如此加入第二块，直到全部Ce料都熔化完。再将合金液升温至810℃，静置保温20～25min，每8min搅拌一次。最后一次搅拌后，进行初次扒渣。用炉料总重量的013%～015%精炼剂除气，主要是去除氢气。除渣剂进行精炼合金液，除渣主要是清理氧化铝等夹杂物。5～8min之后，再进行二次扒渣后，并将合金液浇入锭模中。
112 制备试验结果与分析
在制备Al-10Ce中间合金中为了提高Ce的实收率，降低成本，本实验制定了一些技术措施。11211 熔体温度的影响
Al-Ce二元相图如图1所示，由图1可知,10%左右Ce稀土金属与Al形成低熔共晶点的温度约638℃。
因此，在熔炼试验中采用了680
℃、700℃、720～740℃三个熔炼温度，以观察熔炼温度对Ce元素在AlCe中间合金中分布均匀性的影响。熔炼温度过高，容易使Ce烧损，温度过低,Ce熔化较慢，且容易造成AlCe互溶不均。从理论上讲,Al4Ce在680℃时应完全溶解。但事实上，将Ce加入Al液后，由
图1 Al-Ce二元相图(Al角)
于Ce与Al生成的Al4Ce密度(密度=4050kg/m3)较大，沉淀至坩埚底部，导致坩埚底部熔体含Ce量远大于10%。因此，除非对熔体进行充分搅拌，使Al4Ce均匀分散在熔体中，否则，只有在更高熔炼温度下，方可使底部的Al4Ce较充分地溶解在铝熔体中。但在此温度下，人工搅拌是不可能把沉淀在坩埚底部的Al4Ce充分搅拌起来的，故680℃熔炼时, Ce在AlCe中间合金熔体中的分布是很不均匀的。熔炼温度为700℃时,Ce分布的均匀性虽有较大改善，但仍不符合要求，且由于过热度较小，浇注熔体因温度迅速下降而变得粘稠，不易浇注成形。当熔炼温度为720～740℃时，熔体较易被人工搅动起来，使Al4Ce中间合金的成分均匀性比熔炼温度为680℃和700℃时有显著改善，且由于过热度较高，浇注时合金流动性较好而易浇注成形。由此确定Al4Ce中间合金的最佳熔炼温度为720～740℃。11212 溶解时间的影响
Ce加入铝熔体中后，在高温下逐渐溶解，在一定时间范围内溶解量随时间的延长而增加。由实验可知：在720～740℃时，当溶解时间为20～30min 时Ce已全部溶解，如再继续延长溶解时间,Ce的含量并不增加。
11213 搅拌方式的影响
搅拌熔体是熔制Al-Ce中间合金的重要操作步骤。由于Al-Ce中间合金的重力偏析较严重，即使是熔制含Ce量较低的Al-Ce中间合金，要想获得分布比较均匀的成分也是很困难的，因此对Al-10Ce中间合金，
一般容许其含Ce量波动范围为9%～11%。对于含Ce量为10%的Al-10Ce中间合金，要想使Ce元素分布均匀就更加困难。为此，采用了石墨棒机械搅拌装置对熔体进行强力搅拌。对熔体进行合理的搅拌加之科学的工艺可以制备出成分较均匀的Al-10Ce中间合金。在整个熔炼过程中,
64湖南有金属第24卷
由于不接触铁质工具,Fe 的含量通常不高于013%。
2 变质处理试验
211 变质试验
变质处理对象为工业纯铝，于Al 液温度为720～760℃时加入适量的Al -10Ce 中间合金，在坩埚中熔化，上撒一层干燥的Al 覆盖剂。当Al 锭全部熔化后，加入Al -10Ce 中间合金，搅拌、保温30min 后加入精炼剂，精炼除气，扒渣取样浇注成锭，待试样冷却后，进行重熔保温30min 及长效性的研究，取试样横断面在显微镜下观察其金相组织，检验其变质效果。
在试验过程中发现铸棒(直径d =30mm )中心部位变质效果比边缘部位差，这是由于中心部位与边缘部位冷却速度不一致造成的。显然，铸棒的边缘部位冷却速度快，因而变质效果好，中心部位冷却
速度慢，则变质效果差。另外，其变质效果与铸造模具的冷却速度有很大关系，在金属模中铸造，冷却速度快，变质效果好。在石膏型，砂型中铸造，冷却速度慢，因此试验采用在金属模中铸造，以达到更好的变质效果。
212 试验结果及分析
21211 Al -10Ce 中间合金用量对变质效果的影响
Al -10Ce 中间合金加入α-铝中后，较短的时
间内就会产生变质效果。由于中间合金中已预先形成了大量Al 4Ce 化合物，无须在熔体中反应生成，而且Al -10Ce 中间合金熔点较低，加入到α-铝中后迅速溶化,Al 4Ce 弥散形成异质晶核，可减少合金变质处理时间，提高生产率，降低产品的成本。Al -10Ce 中间合金用量对变质效果的影响很大。加入Al -10Ce 中间合金变质前后纯铝试样中心部位的微
观组织如图2所示。从图2可以看出Al -10Ce 中间合金用量直接影响铝的变质效果，但并不是随Al -10Ce 中间合金量多效果就好，用量在某一适量范
围变质效果最佳。对于Al -10Ce 中间合金变质剂同样存在着“过变质”问题。这可能是由于Al 4Ce 的聚集，它们之间倾向于相互合并，使晶核数目下降，导致变质效果变差。从图
清洁推车
2可以看到，未变质的工业纯铝(如图a )中，呈粗大的柱状晶。Al -10Ce 中间合金用量为0110%(如图b )时，工业纯铝已明显变质，大部分呈等轴晶，但仍有相当数量的柱状晶。继续加大Al -10Ce 中间合金用量，柱状晶的尺寸变得更小，直到全部为等轴晶。Al -10Ce 中间合金用
量为0130%左右(如d )时达到最佳变质效果。继续
增大其用量(如图e 、f )变质效果逐渐变差，柱状晶反而变得粗大，并形成夹杂，形成过变质。目前各研究者报导的最佳加入量数据差异很大，在一定程度上说明了影响因素的复杂性。
图2 纯铝试样中心部位加入Al -10Ce 中间合
金变质前后的宏观组织
a -工业纯铝;
b -Al10Ce 中间合金含量0110%;
c -Al10Ce 中间
合金含量0120%;d -Al10Ce 中间合金含量0130%;e -Al10Ce 中间合金含量0140%;f -Al10Ce 中间合金含量0150%
21212 Al -10Ce 中间合金变质长效性
所谓变质处理即是在铝及合金熔炼时，除按规定加入合金元素外，常加入少量的添加物(有时亦为合金元素)，使合金凝固时的结晶条件发生变化，从而使其组织和性能得到改善的过程。变质剂又称孕育剂[7]。
Al -10Ce 的X 射线衍射相强度结果如图3所示，从图3可以看出，将Al -10Ce 加入到纯Al 熔体时，高温下Al -10Ce 中的Ce 与Al 反应生成Al 4Ce 。由于在中间合金中已经预先生成了Al 4Ce ，当加入到工业纯铝中，熔点较高的Al 4Ce 颗粒在合金液的高温作用下，形成大量细小弥散的Al 4Ce 质点。
图3 Al -10Ce 的X 射线衍射相强度
7
4第6期许春雷，等:Al -10Ce 中间合金对工业纯铝变质效果的研究
Al4Ce为体心正交晶系(a=014395nm,b= 113025nm,c=110092nm)，熔点约1250℃。Al 为面心立方晶系(a=014040nm)，熔点约660℃。Ce为面心立方晶系(a=016360nm)，熔点约798℃。从熔点看,Ce和Al4Ce都可异质形核，然而从晶体结构看，虽然Al和Ce晶体结构相同，但晶格常数差异较大，而Al4Ce和Al都是正交晶系,a值比较接近，晶体结构相似、晶格常数相应，故Al4Ce可直接作为工业纯铝结晶时的异质晶核，使工业纯铝中产生大量细小均匀的晶粒，使组织得以细化，从而改善其力学性能。
Al-10Ce中间合金在保温过程中会出现Al4Ce 和Ce的偏聚、沉淀、烧损等现象，由于随着时间的延长,Al4Ce和Ce聚集，倾向于相互合并，使晶核数目下降，从而导致变质效果的下降。而烧损的实质是
在熔炼中，由于氧化而生成某些金属氧化物，导致Al -10Ce中间合金变质衰退现象。变质作用衰退现象则是变质元素氧化或蒸发的反映，在保温期间(或其它作业期间)变质元素含量减少到临界值以下，即出现变质衰退现象。在大气中熔炼铝合金，总要产生氧化膜，增加合金液的含气量，熔炼时间越长，合金液温度越高，氧化夹杂物含量越多，合金的吸气就越严重。同时,Ce又是化学性质活泼的元素,Ce元素随Al熔体保温时间延续而不断减少。所以Ce元素的减少是氧化反应的结果[8]。Al4Ce和Ce的氧化模式[9]可用式(1)～式(3)表达,Al4Ce和Ce的氧化速度可用式(4)和式(5)表示。
[Al4Ce]+[O]→(Al2O3)+(Ce2O3)(1)美容喷雾器
[Ce]+[O]→(Ce2O3)(2)
[Ce]+[O]→(CeO)(3)
d C(Al4Ce)/d t=k×C(Al)×C(Ce)×C(O)(4)
耐腐蚀泵技术
d C[Ce]/d t=k×C(Ce)×C(O)(5)式中[X]为熔体中的物质X;(X)为渣中的物质X; C[X]为同一时刻熔体中X的浓度;k为反应速度常数，是温度和组元的函数。
试验结果表明，随着时间的延长，出现的Al4Ce 和Ce偏聚、沉淀、烧损等现象，会明显降低其变质效果，纯Al试样加入Al-10Ce中间合金0130%及Na 盐后不同时间的微观组织如图4所示。然而，当保温曲轨侧卸式矿车
时间达4h(如图d)时仍有一定的变质效果，也就是说,Al-10Ce中间合金变质有效时间较长，能适应大量连续生产需要，尤其对低压铸造，压力釜铸造和差压铸造等新工艺相适应，是一种良好的长效变质剂。其变质持续有效时间比钠盐变质剂更长，钠由于在熔体中更易氧化损耗，变质持续时间短
(40～50min)，在高温下，保温时间达50min(如图f)后其变质效果会随时间延长而消失，同时，加入量过多则出现过变质组织。
图4 纯Al试样加入Al-10Ce中间合金0130%及Na盐后不同时间的微观组织
a-Al-10Ce变质处理1h;b-Al-10Ce变质处理2h;c-Al-
10Ce变质处理3h;d-Al-10Ce变质处理4h;e-Na盐变质处理25min;f-Na盐变质处理50min
3 结 论
11直接用熔配法制备含Ce9%～11%的Al-Ce中间合金，在720～740℃熔炼，再将合金液升温至810℃左右，静置保温20～25min，并在810℃左右浇铸，对熔体充分搅拌，加之合理的工艺技术，可成功地制备出含9%～11%Ce的Al-Ce中间合金。
21由于中心部位与边缘部位冷却速度不一致，铸棒中心部位变质效果比边缘部位差。用Al-10Ce 中间合金变质工业纯铝，变质效果具有良好的变质效果和长效性，保温时间长达4h以上不衰退。
31Al-10Ce中间合金是铝合金有很好的变质效果的变质剂。
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(下转第77页)
84湖南有金属第24卷
我的土壤和环境，以“馆格魅力”吸引自己的馆员。在当前环境下，图书馆尤其要重视培养员工的信息敏感意识和信息资源开发利用能力，提高信息服务水平。
3 结 语
在电子信息时代而图书馆资源又严重不足的今
天，合理地对图书馆文献资源进行建设，科学地进行
管理已经成为当今图书馆工作刻不容缓的一大任务。参考文献:
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学报,2000,11
[2] 赵建梅1论网络环境下图书馆的服务创新[J ]1图书馆论坛,
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收稿日期:2008-09-29
Construction and Management of Library R esources
to Explore in Electronic Information Age
L I Xin 2ping
(Hunan N onf errous Fl uori ne Chem ical Co 1,L t d ,Xiangxiang 411400,Chi na )
Abstract :In this paper ,taking the electronic information age as the breakthrough point ,on a serious shortage of li 2brary resources to analyze the current situation ,focusing on the library building proposal ,then the library resource management and the quality of the staff requirements are describ
ed 1K ey w ords :electronic information age ;book -building resources ;management
(上接第48页)
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收稿日期:2008-09-28
R esearch on Modif ication E ffect of Al -10Ce Master
Alloy on Industry Pure Aluminum XU Chun 2lei ,L IU Bo 2tao ,Q IAO Meng 2jia ,WAN G Zheng 2jun
(Jiangsu S uqian College ,S uqian 223800,Chi na )
Abstract :The Modification Effects and lasting modification effects of Al -10Ce master alloys on Industry pure a 2luminum are investigated by means of the optics microscope and X -ray diffraction ,and compared with the sodium salt modification effect 1The experimental results indicate that there
is an excellent modification effect with the proper addition of Al -10Ce master alloy on Industry pure aluminum 1The modification effect of Al -10Ce master alloy can hold longer time and better remelting modification stability than that of sodium salt 1K ey w ords :Al -10Ce master alloy ;modification effects ;lasting modification effects
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7第6期李新平：电子信息时代图书馆资源建设与管理探讨
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