CN101363091A - 一种高硅铝合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高硅铝合金及其制备方法。采用的技术方案是：高硅铝合金，按重量百分比，其组成如下：铝69.5～73.5％、硅19.0～21.0％、铜4.5～5.5％、镁0.5～0.7％、铁0.8～1.0％、锌0.8～1.2％、锰0.2～0.4％、镍0.03～0.08％、钛0.1～0.2％、铋0.2～0.4％、杂质0.1～0.15％。制备方法：将回收的废铝经检测后进行配料，将配好的料投入熔炼炉中，熔炼温度控制在900～950℃，熔炼时间为4～6小时；再经调整炉料、变质处理、精炼、扒渣及浇铸。本发明可以降低电能消耗、降低成本，减少环境污染、制备工艺简单。

Description

一种高硅铝合金及其制备方法

技术领域：本发明涉及一种铝合金领域，尤其涉及一种高硅铝合金及用回收废铝制备高硅铝合金的方法。

背景技术：由于铝合金具有密度低、强度高、耐腐蚀、导电和导热性能好、可铸造、可焊接以及加工性能好等优良品质而发展非常迅速，已广泛应用于国民经济和日常生活中，其用量之多、范围之广仅次于钢铁，成为第二大金属，其产量占整个金属产量的1/3以上。而用铝合金材料作交通运输工具的材料，特别是高速的现代化车辆和船舶，较之木材、塑料、复合材料，耐候钢和不锈钢等更具有科学性、先进性和经济性。因此，20世纪80年代以来，铝合金材料在交通运输工业上备受青睐。在工业发达国家，交通运输工具用铝合金量占铝总消费量的30％以上，其中汽车用铝合金量约为16％，2000年我国的汽车产量达到280万辆，年消耗铝合金材料近20万吨，到2010年铝材用量将达80万吨以上，汽车工业将成为我国铝合金材料的主导消费市场。

本发明涉及的高硅铝合金主要用于生产汽车空调压缩机的缸体件。由于这种件要求耐磨性高，故在未采用高硅铝合金以前，只能是在普通Al—Si系合金中采用镶铸铁衬套的方法，成本高、工艺复杂。

另外，现有的制造硅铝合金的工艺主要是：在纯铝的基础上加入其它金属或非金属元素，进行熔融。这种方法电能消耗大。而且我国是铝资源短缺国，不但采掘量低，而且资源储量也不丰富，仅占世界的8.5％左右，而铝的消费量的不断增加，产生的生活用废铝和工业废铝量也随之增加，据调查，仅牙膏生产每年耗铝就达8000吨左右，食品、饮料包装用铝业达1万多吨，此外，工业废铝业也日渐增多。废铝量的增加也污染环境。

发明内容：为了解决上述问题，本发明提供一种具有好的流动性和抗热裂性、高的耐磨性和低的热膨胀系数的高硅铝合金。

本发明的另一目的是提供一种用工业和生活产生的废铝制备高硅铝合金的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高硅铝合金，按重量百分比，其组成如下：

铝        69.5～73.5％、              硅      19.0～21.0％、

铜        4.5～5.5％、                镁      0.5～0.7％、

铁        0.8～1.0％、                锌      0.8～1.2％、

锰        0.2～0.4％、                镍      0.03～0.08％、

钛        0.1～0.2％、                铋      0.2～0.4％、

杂质      0.1～0.15％。

上述的高硅铝合金的制备方法，步骤如下：

1)检测：将回收的废铝，熔融后，取样，进行光谱检测，计算回收废铝中各金属含量；

2)配料：按照权利要求1所述的高硅铝合金组成的重量百分比，进行配料，计算原料废铝、硅、铜、铝钛合金、铝锰合金、铝镍合金、镁、铁、锌、铋的用量；

3)装炉：将配好料的废铝、硅、铜、铝钛合金、铝锰合金和铝镍合金投入熔炼炉中，熔炼温度控制在900～950℃，充分熔化后，投镁、铁、锌、铋，熔炼时间为4～6小时；

4)调整炉料：熔完配料后，充分搅拌，取样进行光谱检测，检测结果与高硅铝合金的组成进行核对，如不相符要进行调料直到相符为止；

5)变质：调整好炉料后，温度控制850～950℃，投入含磷10％的磷铜合金进行变质，投入量为3‰，充分搅拌均匀；

6)精炼：将变质后的熔液温度控制在710℃～730℃，然后投入0.5％六氯乙烷和0.5％氟硅酸钠，精练时间为15～25分钟；

7)扒渣：扒渣温度控制在690℃～710℃，将熔液上层的渣质清除；

8)浇铸：熔液温度控制在690℃～710℃，熔液经过滤筐流到流槽内，再流到铸模中，浇铸。

本发明中，加入较高的硅量是为了形成大量的初晶硅，铜和镁与硅形成Al₄Mg₅、Si₄Cu₄相，提高合金的高温性能。合金中的铁含量主要是为了压铸时不粘模。

硅的不利影响是使切削性能变得不好，因此还需对初晶硅进行严格的变质处理。本发明变质处理，采用在温度850～950℃时，投入含磷10％的磷铜合金进行变质，充分搅拌均匀。初晶硅通过变质处理，可以达到如下质量：(1)初晶硅粒大小：靠近精加工工作面的铸件重要剖面上，初晶硅微粒的平均尺寸0.02～0.07mm之间，最大尺寸不超过0.1mm。(2)初晶硅分布：在铸件靠近工作面的重要剖面上，初晶硅晶粒分布均匀。(3)初晶硅耗散层：铸件工作表面耗散层不超过0.75mm。

初晶硅的显微硬度HV很高，为1000～1300，而铝的显微硬度为60～100，因而本发明的高硅铝合金是一种软机体上分布硬质点的理想耐磨材料。

由于硅的密度小，线膨胀系数小，使高硅铝合金密度和线膨胀系数下降。硅使高硅铝合金具有很好的流动性，由于初生硅在凝固过程中放出结晶潜热，使合金过热，因此，其流动性比共晶的Al-Si系合金还高。

在制备方法中，扒渣时，在熔炼表面撒上一层粉状清渣剂，利用清渣剂的造渣作用将渣子与金属很好的分离，减少渣中金属损失。

废铝的主要成份是铝及其它合金，本发明高硅铝合金的生产就是充分利用了废铝中铝及各种合金成份而炼制的新型材料。本发明的高硅铝合金的技术指标见表1.

表1  产品技术指标

本发明的有益效果是：

(1)降低电能消耗。本发明采用回收工业或生活产生的废铝进行再生铝合金生产，显著降低电能，生产1吨再生铝的能耗，只有一次铝的4.2％，节能率达到95.8％。

(2)降低了成本，减少环境污染，降低了环保费用。纯铝的价格高，而废铝的原料丰富、成份单纯且回收率高，熔炼废铝中铝的回收率高达90％～98％。回收废铝的价格很低，本发明由于充分利用了工业或生活产生的废铝进行高硅铝合金的制备，大大降低了成本，减少了废铝对环境造成的污染。

(3)制备工艺简单。

本发明的高硅铝合金具有优良的铸造性能，其流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小，经过变质和热处理后，具有良好的力学性能，物理性能、耐腐蚀性能和中等的机加工性能。用本发明的高硅铝合金直接生产汽车空调压缩机的缸体件，由于耐磨性高，因此可以不采用镶铸铁衬套，降低了生产汽车空调压缩机厂家的生产成本、使工艺简单化。

本发明还可用于发动机基体、刹车块、带轮、泵机和其他有耐磨要求的零部件。

具体实施方式：

实施例1

一种高硅铝合金的制备方法，其步骤如下：

以生产1吨高硅铝合金为例。

1)检测：取回收的工业废铝，熔融后，取样，进行光谱检测，计算回收的工业废铝中各金属含量；见表2。

表2 工业废铝中各元素含量

 

项目	Al	Si	Fe	Cu	Mn	Mg
							含量(％)	87.7	9.1	1.06	0.96	0.25	0.17
项目	Ni	Zn	Sn	Ti	Pb	杂质总和
							含量(％)	0.06	0.52	0.01	0.05	0.02	0.1

2)配料：按照表4的额定值计算各原料的配料量；进行初步配料；配料量见表3。

表3 各原料的配料

 

原料	用量(Kg)
		废铝	790
硅	133
		铜	42
铝钛合金(Al 90％，Ti 10％)	11
		铝锰合金(Al 90％，Mn 10％)	10
铝镍合金(Al 90％，Ni 10％)	0
		镁	5
铁	0
		锌	6
铋	3

3)装炉：将配好料的废铝、硅、铜、铝钛合金、铝锰合金和铝镍合金投入熔炼炉中，熔炼温度控制在900～950℃，充分熔化后，投镁、铁、锌、铋，熔炼时间为4～6小时；

4)调整炉料：熔完配料后，充分搅拌，取样进行光谱检测，检测结果与高硅铝合金的组成进行核对，相符后，把熔液温度调到710℃～730，如不相符再进行调料，计算出需要添加的金属或合金的用量，加入熔炼炉中，在900～950℃下熔融，再检测，直到熔液中的各组分在表4中的额定值范围内为止；

5)变质：调整好炉料后，温度控制850～950℃，投入含磷10％的磷铜合金进行变质，投入量为3‰，充分搅拌均匀；

6)精炼：氟硅酸钠先在400～500℃烘箱内烘烤3～4小时，干燥后使用。

将六氯乙烷和干燥后的氟硅酸钠装入精炼筐内，待熔液温度在710℃～730℃时，迅速将精炼筐投到熔液中去，慢慢均匀移动，待不冒泡为止。精练时间为20分钟。

其中六氯乙烷的用量为熔液重量的0.5％，氟硅酸钠的用量为熔液重量的0.5％；

7)扒渣：向熔液中撒清渣剂，扒渣温度控制在690℃～710℃，将熔液上层的渣质清除；

清渣剂采用辽宁东和产业设备有限公司生产的DE-GAS铝灰处理剂，其化学成分定量为15～30％ Na、10～20％ K、1～5％ Ca、1～5％ Mg、20～50％ Cl、1～10％ Si、5～20％ F、微量～5％ Al及0～5％ C。

8)浇铸：熔液温度控制在690℃～710℃，熔液经过滤筐流到流槽内，再流到铸模中，浇铸，制成高硅铝合金，检测结果见表4。

表4   产品性能检测报告

Claims (2)

1.一种高硅铝合金，其特征在于按重量百分比，其组成如下：

铝         69.5～73.5％、          硅    19.0～21.0％、

铜         4.5～5.5％、            镁    0.5～0.7％、

铁         0.8～1.0％、            锌    0.8～1.2％、

锰         0.2～0.4％、            镍    0.03～0.08％、

钛         0.1～0.2％、            铋    0.2～0.4％、

杂质       0.1～0.15％。

2.一种权利要求1所述的高硅铝合金的制备方法，其特征在于步骤如下：

1)检测：将回收的废铝，熔融后，取样，进行光谱检测，计算回收废铝中各金属含量；

2)配料：按照权利要求1所述的高硅铝合金组成的重量百分比，进行配料，计算原料废铝、硅、铜、铝钛合金、铝锰合金、铝镍合金、镁、铁、锌、铋的用量；

3)装炉：将配好料的废铝、硅、铜、铝钛合金、铝锰合金和铝镍合金投入熔炼炉中，熔炼温度控制在900～950℃，充分熔化后，投镁、铁、锌、铋，熔炼时间为4～6小时；

4)调整炉料：熔完配料后，充分搅拌，取样进行光谱检测，检测结果与高硅铝合金的组成进行核对，如不相符要进行调料直到相符为止；

5)变质：调整好炉料后，温度控制在850～950℃，投入含磷10％的磷铜合金进行变质，投入量为3‰，充分搅拌均匀；

6)精炼：将变质后的熔液温度控制在710℃～730℃，然后投入0.5％六氯乙烷和0.5％氟硅酸钠，精练时间为15～25分钟；

7)扒渣：扒渣温度控制在690℃～710℃，将熔液上层的渣质清除；

8)浇铸：熔液温度控制在690℃～710℃，熔液经过滤筐流到流槽内，再流到铸模中，浇铸。