CN101967573B - 一种利用锆屑和铝在低温下合金化制造铝锆中间合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝锆中间合金的制造工艺，特别指一种利用锆屑和铝在低温下合金化制造铝锆中间合金的方法。本发明方法是利用锆制品在机加工过程中产生的金属锆屑和锆在低温下合金化制造铝锆中间合金。熔融铝和锆屑进行合金化反应后，再用氩或氮气进行旋转除气处理，当氢含量达到0.2-0.3ml/100gAl时，利用10-20ppi的氧化铝陶瓷过滤板进行过滤处理；除去合金液中的夹杂物；再将铝合金液体浇注成锭状。本发明方法既可将加工后废弃的锆屑重新利用，又可以在低的合金化温度下生产铝锆中间合金，避免烧损、氧化及合金吸气，并提高了铝锆中间合金的质量。

Description

一种利用锆屑和铝在低温下合金化制造铝锆中间合金的方法

技术领域

本发明涉及铝锆中间合金的制造工艺，特别指一种利用锆屑和铝在低温下合金化制造铝锆中间合金的方法。

背景技术

铝锆中间合金通常由纯铝同海绵锆粒在高温条件（1000°C左右）下合金化反应制造而成。这种高含锆量中间合金（AlZr5、AlZr10、AlZr15等）用于含锆铝合金材料的成分添加，特别是用于制造7000系列超硬铝合金的熔炼。通常这种铝锆中间合金的制造需将铝液温度连续过热到1000°C以上合金化，至使铝锆合金严重氧化和吸气，恶化了铝锆中间合金的性能。使中间合金中产生大量氧化夹杂和气体，并将这些夹杂物和气体带入被加入的合金中。另一种制造铝锆中间合金的方法是利用氟锆酸钾铝热反应，此方法虽然不需要在高温过热条件下熔炼，但其缺点是反应产生的盐类副产物难于彻底去除，残留在铝锆中间合金中，严重影响后续产品的质量。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种不仅能生产出高质量的铝锆中间合金，而且生产工艺简单，生产成本低，环保的利用锆屑和铝在低温下合金化制造铝锆中间合金的方法。

本发明方法是先将锆屑进行除油和剪切粉碎，然后再研磨成小于20mm尺寸。加入少量粘结剂（铝粉或硬脂酸铝等）后压制成锆饼。将所得的锆饼加入撒上覆盖剂的780-820°C熔融铝液中合金化。覆盖剂的成分为氯化钠：氯化钾：氟化铝等于5:4:1（重量比），30-40分钟成分搅拌合金化后，经过将铝液除气、除杂、过滤处理后再浇铸成锭状。具体包括以下步骤：

第一步，将机加工切削的锆屑进行除油处理，再在剪切粉碎机上进行剪切粉碎至最大尺寸不大于20mm的片状。然后再在磨片由耐磨钢制造磨粉机研磨成粉状，磨至使其能通过10目的筛网为合格。再将所研磨成的粉末混入少量粘结剂（铝粉或硬脂酸铝等，以能压制成型为准），在油压机上压制成每块0.5-2.0公斤的锆饼（块）。所述的锆屑为厚度≤2mm，含锆量大于98%的锆屑。

第二步，将纯铝熔化，撒上特殊的高温覆盖剂于铝液表面，覆盖剂的成分为氯化钠：氯化钾：氟化铝等于5:4:1（重量比），并将铝液升温至780-820°C。

第三步，将计算好重量的锆饼（块）投入铝液中，并不断用人工（或者电磁）搅拌合金化。大约30-40分钟后停止搅拌和取样分析。成分不合格，再补加并重复以上工艺，至到成分合格。

第四步，在温度 740-780°C下，利用旋转除气机用氩或氮气对铝液进行脱气处理，并利用测氢仪器测量氢含量，当氢含量达到0.2-0.3ml/100gAl,停止除气并撇渣。

第五步，在温度 740-780°C下，将铝液导入过滤箱体，通过10-20ppi的氧化铝陶瓷过滤板过滤处理，除去合金液中的夹杂物。

第六步，在铝液温度在720-740°C条件下，将铝合金液体浇铸成含气量小于0.3ml/100gAl,含渣量低的铝锆中间合金锭，浇注过程中需始终不断对铝液进行搅拌。

本发明的优点及有益效果：

本发明是利用锆制品在加工过程中产生的金属废锆屑同铝在低温下合金化制造铝锆中间合金的方法。本方法最大的优点是既可将加工后废弃的锆屑重新利用，又可以在较低温度下合金化生产锆锆中间合金，可大大避免烧损、氧化和合金吸气，并提高了铝锆中间合金的质量和降低生产成本。此种方法对生产铝锆中间合金的成本和环境保护都有重大的推进意义。

本发明通过一种新的铝锆中间合金制造工艺，利用废锆屑和铝在低温下合金化制造出一种价格相对较低而且质量较高的铝锆中间合金。与现有技术相比，利用回收的金属锆屑和铝在低温条件下的合金化，使制造成本相对降低。同时中间合金由于不需要长期在高温（1000°C左右）过热，而使得铝锆中间合金的品质相对提高。同是，与铝热法生产铝锆中间合金相比，产品中不会含有反应副产物氟化盐夹杂物，更加纯净。

具体实施方式

实施例1：利用锆屑和铝在低温条件下合金化制造AlZr10中间合金

含锆10%的铝锆中间合金是一种广泛应用于7000系列铝合金工业材生产的常用中间合金。

将机加工切削的纯锆屑（含锆量大于98%）进行除油处理，再在剪切粉碎机上进行剪切粉碎至最大尺寸不大于20mm的片状。然后再由耐磨钢制造磨粉机研磨成粉状，磨至使其能通过10目的筛网为合格。再将所研磨成的粉末按照重量比例97:3混入少量粘结剂硬脂酸铝，在油压机上压制成每块0.5公斤的圆柱体（锆饼）。将900kg99.7%铝锭加入中频感应炉中熔化，待铝液熔化后撒上覆盖剂于铝液表面，覆盖剂的成分为氯化钠：氯化钾：氟化钠等于5:4:1（重量比），并将铝液升温至780°C。将105kg锆饼分批投入铝液中，并不断用人工搅拌合金化。40分钟后停止搅拌和取样分析。其成分为Zr:9.60%,Fe:0.18%,Si:0.19%，成分合格。在温度 740°C下，利用旋转除气机用氩气进行脱气处理30分钟，转子速度为500rmp，气体流量为12升/分钟，并利用动态测氢仪器测量氢含量，当氢含量达到0.25ml/100gAl,停止除气并撇渣。在温度 740°C下，将铝液导入过滤箱体，通过300mmX300mmX50mm,10ppi的氧化铝陶瓷过滤板过滤处理后，将铝合金液浇铸成每块重量为大约7公斤重的AlZr10华夫锭，共大约1000公斤铝锆中间合金锭。浇注过程中始终需要不断对铝液进行人工搅拌。

实施例2：利用锆屑和铝在低温条件下合金化制造AlZr15中间合金

将机加工切削的纯锆屑（含锆量大于98%）进行除油处理，再在剪切粉碎机上进行剪切粉碎至最大尺寸不大于20mm的片状。然后由耐磨钢制造磨粉机研磨成粉状，磨至使其能通过10目的筛网为合格。再将所研磨成的粉末按照重量比例95:4:1混入粘结剂硬脂酸铝和铝粉，在油压机上压制成每块0.5公斤的圆柱体（锆饼）。将850kg99.7%铝锭加入中频感应炉中熔化，待铝液熔化后撒上覆盖剂于铝液表面，覆盖剂的成分为氯化钠：氯化钾：氟化钠等于5:4:1（重量比），并将铝液升温至820°C。将165kg锆饼分批投入铝液中，并不断用电磁搅拌合金化。40分钟后停止搅拌和取样分析。其成分为Zr:10.6%,Fe:0.20%,Si:0.21%，成分合格。在温度780°C下，利用旋转除气机用氩气进行脱气处理30分钟，转子速度为500rmp，气体流量为12升/分钟，并利用动态测氢仪器测量氢含量，当氢含量达到0.25ml/100gAl,停止除气并撇渣。在温度780°C下，将铝液导入过滤箱体，通过300mmX300mmX50mm,10ppi的氧化铝陶瓷过滤板过滤处理后，将铝合金液浇铸成每块重量为大约7公斤重的AlZr15华夫锭，共大约1000公斤铝锆中间合金锭。浇注过程中始终需要不断对铝液进行人工搅拌。

本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (3)

1. 一种利用锆屑和铝在低温下合金化制造铝锆中间合金的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将加工切削的锆屑进行除油处理后，在剪切粉碎机上进行剪切粉碎成最大尺寸≤20mm的片状，再用耐磨钢制造磨粉机研磨成能通过10目筛网的粉末，再将所研磨成的粉末混入少量粘结剂，在油压机上压制成每块0.5-2.0公斤的锆饼/块；

2）将纯铝熔化，并在铝液表面撒上特殊的高温覆盖剂；

3）把铝液升温至780-820℃后，将计算好重量的锆饼/块投入铝液中，并不断搅拌合金化，30-40分钟后停止搅拌，取样分析，成分不合格，再补加并重复以上工艺，至到成分合格；

4）在铝液温度740-780℃条件下，利用旋转除气机用氩或氮气进行脱气处理，检测得铝液的含氢量为0.2-0.3ml/100gAl时，停止除气并撇渣；

5）在铝液温度740-780℃条件下，用10-20ppi的氧化铝陶瓷过滤板将脱气后的铝合金液体进行过滤处理，除去合金液中的夹杂物；

6）在铝液温度720-740℃条件下，将铝合金液体浇铸成锭，即得含气量小于0.3ml/100gAl,含渣量低的铝锆中间合金锭；

所述的覆盖剂为氯化钠、氯化钾和氟化铝按5:4:1的重量比组成的特殊覆盖剂。

2. 根据权利要求1所述的一种利用锆屑和铝在低温下合金化制造铝锆中间合金的方法，其特征在于所述的锆屑为厚度≤2mm，含锆量大于98%的锆屑。

3. 根据权利要求1所述的一种利用锆屑和铝在低温下合金化制造铝锆中间合金的方法，其特征在于所述的粘结剂为能压制成型的铝粉或硬脂酸铝。