为解决Al-Si合金变质过程中环境污染和变质效果不稳定的问题,本文利用金相及电子探针微量分析仪（EPMA）等手段研究了Al-P-Si中间合金的合成原理及其对Al-Si活塞合金的变质处理技术。本课题的研究能够为活塞行业提供更加有效的变质工艺路线及技术支持。 本文提出了用“两步法”制备Al-P-Si中间合金的新工艺,即首先制备出Cu-Si-P合金中间体,然后以此做为P的主要载体,加入到铝熔体中制备出Al-P-Si中间合金。在工业生产条件下,用该工艺成功地制备出含磷量达3.5%的Al-P-Si中间合金,其基体上均匀分布着尺寸为微米级的AlP颗粒,可以直接作为初晶Si的异质核心。 Al-P-Si中间合金对Al-Si活塞合金具有有良好的变质效果。但研究发现Al-P-Si中间合金对共晶和过共晶Al-Si合金变质机理存在差异:过共晶Al-Si合金变质是AlP异质形核机理,而对于共晶Al-Si合金而言,一方面需要AlP异质晶核促使初晶的析出,另一方面还需要部分P原子以固溶形式存在,以影响Si相的结构和形态。 研究发现Al-Si合金熔体中的Ca能使P变质效果失效,甚至出现反常的Na变质效果。Ca能与合金熔体中的P反应形成Ca_xP_ySi_z化合物,这些化合物不能作为初晶Si的结晶基底,从而抑制了P变质作用的发挥。用C₂Cl₆精炼处理可以除去合金中的大部分的杂质Ca,从而恢复P变质效果。随着合金中Ca含量从100 ppm降剑12 ppm,初晶Si的平均尺寸由31.7μm减小到16.2μm。当Ca含量低于50 ppm时,57 ppm的P含量即可达到良好的变质效果。 熔炼过程中,Mg的加入顺序会影响P变质效果。经过P变质处理的近共晶Al-Si合金中再添加1.2%的合金元素Mg后,Mg会优先与P结合,形成比AlP更稳定的、不能作为初晶Si结晶核心的镁、磷、硅的二元或多元化合物,从而削弱P变质效果。共晶Al-Si合金中先加入1.2%的Mg后,熔体中会形成相对稳定的Mg₂Si以及W（Al₄Mg₅Cu₄Si₄）等含Mg化合物。这些化合物难以与P化合,从而对P变质效果的影响减弱。