铸造铝硅合金具有低密度、低膨胀系数、高耐磨性、高抗腐蚀性、优良的铸造性能等优点，因此，在汽车、航空、航海等领域的使用日益广泛。但在常规铸造Al—Si合金的组织中，存在针状的共晶硅和粗大的形状复杂的初晶硅，恶化了合金的性能。在工业上采用变质处理来改变Si相的形貌，使其以有利的形状，较小的尺寸均匀分布在基体中。通常采用P来变质初晶硅，采用Sr、RE、Sb等元素来变质共晶硅。但单一变质方法呈现出一些自身难以克服如铸件无法满足高强度、高耐磨性、易产生针孔、对环境造成污染等缺点，对铝合金熔体进行多种添加元素的复合处理，得到既有良好变质又有较低氢含量的综合效果，已经成为人们期待的目标。全面系统地研究这些元素之间的相互作用是获取具有复合精变效果的工艺路线的前提。本论文以对铝硅合金Si相形貌、合金性能及熔体氢含量等的综合影响为衡量点，全面系统考察了P、RE、Sr、Sb及Bi等添加元素之间的在熔体处理中的相互作用，并对其机制作了探讨。获得了以下主要结论：一、过共晶A390合金中，RE、Sr与P具有相互促进作用，主要表现在以下几点：●在研究的几种元素搭配组合中，同时加入Sr、P及RE多元复合方法处理后，初晶硅平均尺寸最小，在基体中的分布最均匀，获得了最佳变质效果。其次是P—RE复合变质，再次是P—Sr，它们都比单一P变质效果更好。●RE的加入改善了单独加P的变质效果。与单独P变质相比，混合稀土与P复合处理后，初晶硅尺寸显著减少，大小分布更为均匀，同时，共晶硅也变短，部分由长针状转变为短棒状。加入0.6％的RE(配比La／Ce=2)与1.0％P时，初晶硅的平均尺寸为36μm，最大尺寸为52μm。●混合稀土中La与Ce含量的配比值对初晶硅的变质效果具有重要影响，无论是初晶硅的最大尺寸还是平均尺寸，在同样的保温时间下，La／Ce=2的都要小于优于配比值为3的。●采用Sr与P复合变质时，不同的变质剂加入顺序，产生截然不同的变质效果。先加P再加Sr，初晶硅呈现粗大的五瓣星状。先加Sr再加P，获得了优于P的变质效果，初晶硅显著细化，形状规则，共晶硅也大部分为点状或短杆状。●初晶硅呈现各种复杂形状是由于在凝固过程中，熔体中的Si原子团簇以不同的凝并生长方式造成的。加入变质元素P后，Si原子团簇以AlP为结晶核心，形成了形状规则的初晶硅晶体。但随着熔体保持时间的延长，以AlP为核心的Si原子团簇继续长大及各种方式的凝并，初晶Si相又表现为复杂形状。加入稀土后，富集在Si原子团簇的生长界面上，阻碍原子团簇的长大及凝并，强化了P的变质效果，使其具有更佳的变质效果。同时加入Sr及P后，先加P时，Sr与AlP反应，从而使P的变质效果消失。而先加Sr后加P，大量的Sr在熔体升温过程烧损。极少量的Sr吸附在Si原子团簇上，阻碍其凝并。从而使得复合变质获得了优于单独P的变质效果。二、在亚共晶A356合金中，RE与Sr及Sb具有相互促进作用，主要体现如下：●在变质Si相方面：RE和Sr的变质作用相互强化了。单独加入0.01％Sr时，基本没有变质效果，单独加0.2％RE时，变质效果欠佳。而同时加入0.01％Sr和0.20％RE复合处理时，变质效果超越了单独加0.2％RE及单独0.01％Sr，获得了与单独加入0.015％Sr基本相当的变质效果。同样的，RE和Sb复合处理也具有相互促进作用。●不同添加元素及其组合对熔体氢含量产生完全不同的影响。RE-Sb复合处理的氢含量最低，其次是加RE、加Sb的变质处理。而Sr的加入大大增加了熔体氢含量，Sr处理后熔体氢含量随保温时间呈直线上升关系。RE的加入降低了加Sr熔体的氢含量，RE-Sr复合处理的氢含量处于单独加RE及单独加Sr之间。●对表面氧化膜形貌及组成成分考察表明，氧化膜的组成成分及结构随添加元素的变化而改变。Sr变质元素的加入，破坏了A356合金熔体表面氧化膜的致密性及完整性，表面氧化膜有反复开裂而又愈合的痕迹，其裂纹宽达100μm；添加RE元素的氧化膜，表面十分平整，没有看到氧化膜开裂的痕迹；Sb—RE复合处理后，氧化膜表面平整度及致密度进一步提高。而RE—Sr复合处理中，稀土的加入明显抑制了氧化膜的开裂的程度。虽然有开裂痕迹，但开裂程度要远远低于单独加Sr处理。未变质处理形成的氧化膜较容易开裂，表面凹凸不平，出现大量新氧化膜。加入不同元素的氧化膜的变化是造成加入这些元素后熔体含氢量变化的重要原因。三、适量加入Bi元素，对A390合金中Si相形态及合金性能具有促进作用，主要表现在以下几点：●Bi与Si相之间具有相互制约作用。Si相尺寸直接影响着富Bi液相的分布，Si相分布越均匀，尺寸越小，Bi的分布也将越弥散。在金属型水冷的条件下，大部分Bi质点均匀分布在初晶硅的边缘及中心，少量分布在共晶组织边缘。而在金属型铸造时，变质效果良好的情况下，Bi不会发生明显的比重偏析。另一方面，在A390合金中，随着适量加入Bi，对初晶Si平均尺寸有抑制作用，最佳Bi加入量为2％—3％，初晶硅最小，平均尺寸达35μm。●Bi的加入显著改善了过共晶Al—Si合金的摩擦特性。在摩擦过程时，由于表面温度升高，Bi相熔出，形成一层润滑膜，起到了自润滑的作用，加入3％Bi后，合金干摩擦时的摩擦系数降低了约12％，跑合期缩短了37.5％，磨损量下降了25％，摩擦表面温度下降了32％。四、铝合金熔体复合处理技术的工业应用通过工业生产表明，研制的铝合金熔体复合处理技术在应用中获得了满意效果：●A390合金同时加入Sr、RE及P复合处理工艺处理，克服了采用单一P处理的初晶硅容易粗化、共晶硅为长针状等缺点。初晶硅平均尺寸显著减小、分布均匀、共晶硅呈现短棒状，变质效果超过4小时。挤压铸造双向斜板的力学性能均达到了预定目标；制造成本比原锻件低50％以上；试生产合格率达100％；并通过了装机台架试验；●在A356合金轮毂生产中的工业试验表明，RE—Sr复合处理有效的改善了单独加Sr处理时容易出现针孔的情况。同时，共晶硅形貌尺寸与单独加Sr处理相当，力学性能及台架试验均达到了铝轮毂产品的要求。RE—Sr复合处理是降低A356合金铝轮彀针孔报废率，而又不影响产品使用性能的可行的技术路线。●研制的含Bi高硅耐磨合金不仅达到了A390合金美国标准的力学性能，而且还具有FA2合金相当的减摩性及比A390合金还好的耐磨性能。经装机表明，采用该合金坯料制作的汽车空调双向斜板零件完全满足汽车空调压缩机的各项性能指标，是制造空调压缩机双向斜板的理想材料。总之，本论文通过研究各种添加元素之间的行为，开发了具有全面的综合效果的复合变质处理方法，不仅克服了单一变质剂处理存在的缺点，同时还充分发挥了多种添加元素的相互促进作用，从而成为了铝合金熔体处理的较佳的选择。