CN101597700A

CN101597700A - 用于熔炼铝合金的添加剂及其制备和应用方法

Info

Publication number: CN101597700A
Application number: CNA2009100695264A
Authority: CN
Inventors: 赵维民; 李海鹏; 王志峰; 琚子来; 丁俭; 李永艳; 董斌; 张宏标; 黄春瑛; 蔚成全; 史中方
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2009-12-09

Abstract

本发明用于熔炼铝合金的添加剂及其制备和应用方法，涉及使用专用添加剂进行有色合金的制造技术领域，该添加剂由金属粉末、助溶剂、发热剂、引爆剂和防潮剂五部分组成；其制备方法是：按质量百分比为金属粉末∶助溶剂∶发热剂∶引爆剂∶防潮剂＝70～81.5∶15～20∶2～5∶1～3∶0.5～2进行原料配比，用球磨机将原料充分混合均匀成为复合粉末，装入模具，采用液压压力机进行冷压，即制得用于熔炼铝合金的添加剂；其应用方法是：将装有纯铝锭的石墨坩埚置于电阻炉中，升温至铝锭熔化为铝液，加入该添加剂，与铝液发生反应，即制得铝合金。该添加剂在不降低铝合金质量前提下，解决了自身溶解温度高、吸收率低和吸收率不稳定的问题。

Description

用于熔炼铝合金的添加剂及其制备和应用方法

技术领域

本发明的技术方案涉及使用专用添加剂进行有色合金的制造技术领域，具体地说是用于熔炼铝合金的添加剂及其制备和应用方法。

背景技术

铝合金是目前工业生产中广泛应用的轻金属材料，具有密度低，对光、热和电波的反射率高，表面处理性能好，吸震和降噪性能优越等优点，因此被广泛应用于航天、航空、航海、汽车、建材和日用文体等各个领域。熔炼铝合金时需要加入一种或多种金属元素或非金属元素，以制成不同成分或牌号的铝合金，满足不同的性能要求。常用的元素有硅、铁、铜、锰、钛、铬和锆等，采用中间合金方式加入这些元素的方法，存在吸收率低、成分控制不稳定、炼制中间合金能耗高以及元素烧损严重及生产成本高的缺点。熔炼铝合金时加入用于熔炼铝合金的添加剂克服了中间合金的部分缺点，在铝合金生产行业得到了较为广泛的应用。

报道研发用于熔炼铝合金的添加剂的现有技术的文献不多。CN1046193公开了一种熔炼铝合金用的添加剂，该专利的铁剂、锰剂和钛剂的助熔剂中使用了钠盐，在Al-Si合金中钠盐可以作为一种较好的变质元素，但是在其它铝合金的熔体中的钠盐含量过高会增大合金的粘度，使铸造拉裂倾向增加并产生钠脆性，因而该专利应用的局限性较大；CN 200810034831.5披露了含硼化物的铝合金锰添加剂，该专利添加剂中不但使用了钠盐，而且其制备需要在不锈钢容器中，于150～200℃烘烤2～3小时，而后在球磨机上球磨1～2小时，再在150～200℃烘烤1～2小时方可使用。这样的过程使得该专利的制备工艺相对复杂、生产周期长和能耗大。另外，该专利锰剂的吸收率一般在80％左右，专利中所述如优化工艺，吸收率也只能达90％以上，锰剂的吸收率显得相对较低。

上述现有用于熔炼铝合金的添加剂虽然解决了以铝基中间合金方式添加的缺点，但都难以解决其自身溶解温度高、吸收率低和吸收率不稳定的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供用于熔炼铝合金的添加剂及其制备和应用方法，该添加剂在不降低铝合金产品质量的前提下，解决了其自身溶解温度高、吸收率低和吸收率不稳定的问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：用于熔炼铝合金的添加剂，由金属粉末、助溶剂、发热剂、引爆剂和防潮剂五部分组成，其中，金属粉末为铁、铜、锰、铬、钛或锆金属元素中的一种，该金属粉末所占总体的质量百分比为70～81.5％，其纯度≥98％，粒度为80～120目；助溶剂是用氟硅酸盐、硫酸盐及氟盐配置成含有离子组成质量百分比为F^-：47.64、K⁺：37.66、Al³⁺：8.71、Si⁴⁺：3.37、Ca²⁺：1.83、S⁶⁺：0.52和O^2-：0.26的助溶剂，该助溶剂所占总体的质量百分比为15～20％；发热剂是铝粉，该发热剂所占总体的质量百分比为2～5％，其纯度≥98％，粒度为80目；引爆剂为未膨化的珍珠岩，该引爆剂所占总体的质量百分比为1～3％，其粒度为80目；防潮剂是高级脂肪酸，该防潮剂所占总体的质量百分比为0.5～2％。

上述用于熔炼铝合金的添加剂的制备方法，其步骤如下：

按质量百分比为金属粉末∶助溶剂∶发热剂∶引爆剂∶防潮剂＝70～81.5∶15～20∶2～5∶1～3∶0.5～2进行原料的配比，用球磨机将该配比好的原料充分混合均匀成为复合粉末，再将其装入模具，采用液压压力机在室温、压力为50MPa～100MPa、保压时间为30秒～60秒的条件下进行冷压，即制得用于熔炼铝合金的添加剂，上述金属粉末为铁、铜、锰、铬、钛或锆金属元素的一种，其纯度≥98％，粒度为80～120目，由工业纯金属熔体用保护性气体为介质进行雾化制取；助溶剂是用氟硅酸盐、硫酸盐及氟盐配置成含有离子组成质量百分比为F^-：47.64、K⁺：37.66、Al³⁺：8.71、Si⁴⁺：3.37、Ca²⁺：1.83、S⁶⁺：0.52和O^2-：0.26的助溶剂；发热剂的是铝粉，其纯度≥98％，粒度为80目；引爆剂为未膨化的珍珠岩，其粒度为80目；防潮剂是高级脂肪酸。

上述中所说的高级脂肪酸的化学式为RCOOH，指C6～C26的一元羧酸，是公知的化工商品。

上述用于熔炼铝合金的添加剂的制备方法中，所说的由工业纯金属熔体用保护性气体为介质进行雾化制取的工艺是公知方法。(详见：Beddow，J.K.著，胡云秀，曹勇家译，雾化法生产金属粉末(The production of metal powders by atomization)[M].北京：冶金工业出版社，1985.)

上述用于熔炼铝合金的添加剂的应用方法，步骤是：

将装有纯铝锭的石墨坩埚置于电阻炉中，并将电阻炉升温至695℃～705℃，当铝锭熔化为铝液时，将上述方法制得的用于熔炼铝合金的添加剂加入上述石墨坩埚中的熔体表面，该添加剂和铝液迅速发生反应，保温8～10分钟，再用高纯石墨棒轻微搅拌熔体20～30秒钟，即制得所需铝合金，该用于熔炼铝合金的添加剂的加入质量为：按铝合金熔体成分实际需要的金属粉末含量除以0.7～0.815来计算，金属粉末为铁、铜、锰、铬、钛或锆金属元素中的一种。

上述涉及的百分比，除特别写明的之外，均为质量百分比。(下同)

本发明的有益效果是：本发明的熔炼铝合金的添加剂的组成原料经过特定的处理或选择，其作用如下：

①本发明用于熔炼铝合金的添加剂中的金属粉末由工业纯金属熔体用保护性气体为介质进行雾化制取，以防止金属粉末表面氧化，使其具有良好的表面活性；

②本发明用于熔炼铝合金的添加剂中选用的助溶剂是经过正交试验(测试不同比例的F^-、K⁺、Al³⁺、Si⁴⁺、Ca²⁺、S⁶⁺和O^2-离子对金属粉末溶化率的影响)而确定了的最佳成分比例，可使得元素实吸率最大，充分发挥助溶剂的助溶效果。

③本发明用于熔炼铝合金的添加剂中的发热剂的主要成分是铝粉，当其氧化为Al₂O₃时释放热量，能够提高添加剂中纯金属粉末的熔化速度，缩短熔炼时间，以达到促进金属粉末快速熔解的目的，有助于降低熔炼能耗。

④本发明用于熔炼铝合金的添加剂中的引爆剂为未膨化的珍珠岩(主要成分为SiO₂和Al₂O₃)，可以使得添加剂发生轻微爆破，使其快速、均匀分布到铝液中，同时起到聚渣的作用，将铝液中的杂质带到熔液表面，方便除渣。

⑤本发明用于熔炼铝合金的添加剂中的防潮剂选用高级脂肪酸，用作保持添加剂的干燥，同时又能够起到粘结剂的作用，并有效地提高了添加剂的纯净度。

⑥本发明用于熔炼铝合金的添加剂不使用钠盐，消除了钠对铝合金的影响，适用于各种类型铝合金熔炼，大大提高了该添加剂的应用范围。

由于本发明的熔炼铝合金的添加剂的组成原料经过特定的处理、选择和合理的配比，因而比之现有技术具有如下的显著的进步：

(1)解决了添加剂自身溶解温度高的问题。对铝液温度要求较低，在695℃～705℃即可溶解。溶解速度快，在8～10分钟即可实现全部熔解，缩短了铝液的熔炼时间，有利于降低铝液的氧化和吸气；

(2)解决了吸收率低的问题。金属元素(铁、铜、锰、铬、钛或锆金属元素中的一种)吸收效率高，其平均吸收率高于96％；

(3)解决了吸收率不稳定的问题。由正交试验确定的F^-、K⁺、Al³⁺、Si⁴⁺、Ca²⁺、S⁶⁺、O^2-等离子的比例制得的助溶剂，不但对于一种金属元素有高的吸收率，对铁、铜、锰、铬、钛或锆金属元素的任意一种都具有高的吸收率，即吸收率是稳定的。

另外，本发明的用于熔炼铝合金的添加剂在使用中具有较好的聚渣作用，氧化皮及杂质可被聚集到铝液表面，便于除渣，有利于提高铝合金产品质量，便于使用操作，降低能耗及生产成本。

在将本发明的用于熔炼铝合金的添加剂应用于熔炼铝合金的实验过程中，每隔一分钟取样一次，化验、测定该种金属元素的吸收率。经检测，8～10分钟即可实现铝合金的全部熔解，金属元素的吸收率达到95.86％～96.67％，金属元素的平均吸收率高于96％。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例1制得的用于熔炼铝合金的铁剂添加剂产品的断面图。

图2为本发明实施例1的铁元素的吸收率随时间变化的曲线图。

图3为本发明实施例2的用于熔炼铝合金的锰剂添加剂与铝液反应时的状态图。

图4为本发明实施例3的锰元素的吸收率随时间变化的曲线图。

具体实施方式

实施例1

用于熔炼铝合金的铁剂添加剂

原料组成为：粒度120目和纯度≥98％的铁粉、离子组成质量百分比为F^-：47.64、K⁺：37.66、Al³⁺：8.71、Si⁴⁺：3.37、Ca²⁺：1.83、S⁶⁺：0.52和O^2-：0.26的助溶剂、粒度为80目和纯度≥98％的铝粉、粒度为80目的未膨化的珍珠岩和高级脂肪酸。

原料配比为：铁粉75％；助溶剂18％；铝粉4％；未膨化的珍珠岩2％；高级脂肪酸1％。

制备方法：用球磨机将该配比好的原料充分混合均匀成为复合粉末，再将其装入模具，采用液压压力机在室温、压力为100MPa、保压时间为30秒的条件下进行冷压，即制得用于熔炼铝合金的铁剂添加剂，其组成为：铁粉75％、助溶剂18％、铝粉4％、未膨化的珍珠岩2％和高级脂肪酸1％。每块铁剂添加剂的质量为100克，密度为3.8g/cm³。

图1为本实施例制得的用于熔炼铝合金的铁剂添加剂产品的断面图，可见添加剂质地均匀，断面无孔洞，使熔炼过程降低了卷入的空气含量。

应用方法：将装有纯铝锭的石墨坩埚置于电阻炉中，并将电阻炉升温至705℃，当铝锭基本熔化为铝液时，将上述方法制得的添加剂，按铝合金熔体成分需要的铁元素的含量除以0.75来计算所需该添加剂的质量，加入上述石墨坩埚的熔体表面，该添加剂和铝液迅速发生反应，保温8分钟，再用高纯石墨棒轻微搅拌熔体30秒钟，以促进添加剂充分熔解并使熔体成分均匀，即制得所需铝合金。在搅拌过程中，每隔一分钟取样一次，经检测10分钟时即可实现铝合金的全部溶解，且铁元素的吸收率达到96.67％。

图2为本实施例的铁元素的吸收率随时间变化的曲线图，由图2可见当添加剂加入熔体中后，随时间延长，铁元素吸收率迅速升高。经8分钟，铁元素吸收率基本达到最大值96.67％。

实施例2

用于熔炼铝合金的锰剂添加剂：

原料组成为：粒度100目和纯度≥98％的锰粉、离子组成质量百分比为F^-：47.64、K⁺：37.66、Al³⁺：8.71、Si⁴⁺：3.37、Ca²⁺：1.83、S⁶⁺：0.52和O^2-：0.26的助溶剂、粒度为80目和纯度≥98％的铝粉、粒度为80目的未膨化的珍珠岩和高级脂肪酸。

原料配比为：锰粉81.5％；助溶剂15％；铝粉2％；未膨化的珍珠岩1％；高级脂肪酸0.5％。

制备方法：用球磨机将该配比好的原料充分混合均匀成为复合粉末，再将其装入模具，采用液压压力机在室温、压力为50MPa、保压时间为60秒的条件下进行冷压，即制得用于熔炼铝合金的锰剂添加剂，其组成为：锰粉81.5％、助溶剂15％、铝粉2％、未膨化的珍珠岩1％和高级脂肪酸0.5％。每块锰剂添加剂的质量为250克，密度为3.6g/cm³。

应用方法：将装有纯铝锭的石墨坩埚置于电阻炉中，并将电阻炉升温至695℃，当铝锭基本熔化为铝液时，将上述方法制得的添加剂，按铝熔体成分需要的锰元素的含量除以0.815来计算所需该添加剂的质量，加入上述石墨坩埚的熔体表面，该添加剂和铝液迅速发生反应，保温10分钟，再用高纯石墨棒轻微搅拌熔体20秒钟，以促进添加剂充分熔解并使熔体成分均匀，即制得所需铝合金。在搅拌过程中，每隔一分钟取样一次，经检测10分钟时即可实现铝合金的全部溶解，且锰元素的吸收率达到96.36％。

图3为本实施例的用于熔炼铝合金的锰剂添加剂与铝液反应时的状态图。由图3可见，当添加剂加入熔体中时，迅速与铝液中的杂质发生反应，将杂质带到熔体表面，起到聚渣的作用。图4为本实施例的锰元素的吸收率随时间变化的曲线图，由图4可见当添加剂加入熔体中后，随时间延长，锰元素吸收率迅速升高。经10分钟，锰元素吸收率基本达到最大值96.36％。

实施例3

用于熔炼铝合金的钛剂添加剂

原料组成为：粒度100目和纯度≥98％的钛粉、离子组成质量百分比为F^-：47.64、K⁺：37.66、Al³⁺：8.71、Si⁴⁺：3.37、Ca²⁺：1.83、S⁶⁺：0.52和O^2-：0.26的助溶剂、粒度为80目和纯度≥98％的铝粉、粒度为80目的未膨化的珍珠岩和高级脂肪酸。

原料配比为：钛粉70％；助溶剂20％；铝粉5％；未膨化的珍珠岩3％；高级脂肪酸2％。

制备方法：用球磨机将该配比好的原料充分混合均匀成为复合粉末，再将其装入模具，采用液压压力机在室温、压力为80MPa、保压时间为50秒的条件下进行冷压，即制得用于熔炼铝合金的钛剂添加剂，其组成为：钛粉70％、助溶剂20％、铝粉5％、未膨化的珍珠岩3％和高级脂肪酸2％。每块钛剂添加剂的质量为250克，密度为4.2g/cm³。

应用方法：将装有纯铝锭的石墨坩埚置于电阻炉中，并将电阻炉升温至700℃，当铝锭基本熔化为铝液时，将上述方法制得的添加剂，按铝熔体成分需要的锰元素的含量除以0.7来计算所需添加剂的质量，加入上述石墨坩埚的熔体表面，该添加剂和铝液迅速发生反应，保温9分钟，再用高纯石墨棒轻微搅拌熔体25秒钟，以促进添加剂充分熔解并使熔体成分均匀，即制得所需铝合金。在搅拌过程中，每隔一分钟取样一次，经检测9分钟时即可实现铝合金的全部溶解，且钛元素的吸收率达到95.86％。

实施例4

用于熔炼铝合金的铜剂添加剂

除原料中用铜粉替换铁粉之外，制备方法同实施例1，由此制得用于熔炼铝合金的铜剂添加剂，其组成为：铜粉75％、助溶剂18％、铝粉4％、未膨化的珍珠岩2％和高级脂肪酸1％，其应用方法也同实施例1。

实施例5

用于熔炼铝合金的铬剂添加剂

除原料中用铜粉替换锰粉之外，制备方法同实施例2，由此制得用于熔炼铝合金的铬剂添加剂，其组成为：铬粉81.5％、助溶剂15％、铝粉2％、未膨化的珍珠岩1％和高级脂肪酸0.5％，其应用方法也同实施例2。

实施例6

用于熔炼铝合金的锆剂添加剂

除原料中用锆粉替换钛粉之外，制备方法同实施例3，由此制得用于熔炼铝合金的锆剂添加剂，其组成为：锆粉70％、助溶剂20％、铝粉5％、未膨化的珍珠岩3％和高级脂肪酸2％，其应用方法也同实施例3。

Claims

1.用于熔炼铝合金的添加剂，其特征在于：它由金属粉末、助溶剂、发热剂、引爆剂和防潮剂五部分组成，其中，金属粉末为铁、铜、锰、铬、钛或锆金属元素中的一种，该金属粉末所占总体的质量百分比为70～81.5％，其纯度≥98％，粒度为80～120目；助溶剂是用氟硅酸盐、硫酸盐及氟盐配置成含有离子组成质量百分比为F^-：47.64、K⁺：37.66、Al³⁺：8.71、Si⁴⁺：3.37、Ca²⁺：1.83、S⁶⁺：0.52和O^2-：0.26的助溶剂，该助溶剂所占总体的质量百分比为15～20％；发热剂是铝粉，该发热剂所占总体的质量百分比为2～5％，其纯度≥98％，粒度为80目；引爆剂为未膨化的珍珠岩，该引爆剂所占总体的质量百分比为1～3％，其粒度为80目；防潮剂是高级脂肪酸，该防潮剂所占总体的质量百分比为0.5～2％。

2.权利要求1所述用于熔炼铝合金的添加剂的制备方法，其特征在于步骤如下：按质量百分比为金属粉末∶助溶剂∶发热剂∶引爆剂∶防潮剂＝70～81.5∶15～20∶2～5∶1～3∶0.5～2进行原料的配比，用球磨机将该配比好的原料充分混合均匀成为复合粉末，再将其装入模具，采用液压压力机在室温、压力为50MPa～100MPa、保压时间为30秒～60秒的条件下进行冷压，即制得用于熔炼铝合金的添加剂，上述金属粉末为铁、铜、锰、铬、钛或锆金属元素的一种，其纯度≥98％，粒度为80～120目，由工业纯金属熔体用保护性气体为介质进行雾化制取；助溶剂是用氟硅酸盐、硫酸盐及氟盐配置成含有离子组成质量百分比为F^-：47.64、K⁺：37.66、Al³⁺：8.71、Si⁴⁺：3.37、Ca²⁺：1.83、S⁶⁺：0.52和O^2-：0.26的助溶剂；发热剂的是铝粉，其纯度≥98％，粒度为80目；引爆剂为未膨化的珍珠岩，其粒度为80目；防潮剂是高级脂肪酸。

3.权利要求1所述用于熔炼铝合金的添加剂的应用方法，其特征在于步骤是：将装有纯铝锭的石墨坩埚置于电阻炉中，并将电阻炉升温至695℃～705℃，当铝锭熔化为铝液时，将上述方法制得的用于熔炼铝合金的添加剂加入上述石墨坩埚中的熔体表面，该添加剂和铝液迅速发生反应，保温8～10分钟，再用高纯石墨棒轻微搅拌熔体20～30秒钟，即制得所需铝合金，该用于熔炼铝合金的添加剂的加入质量为：按铝合金熔体成分实际需要的金属粉末含量除以0.7～0.815来计算，金属粉末为铁、铜、锰、铬、钛或锆金属元素中的一种。