CN102212723B - 一种铬铝中间合金材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铬铝中间合金材料的制备方法，按以下步骤制备：步骤一、取三氧化二铬粉、铝合金粉、硝酸钠混料按重量比例100:38至42:8至10均匀得混合料；步骤二、先在反应炉中按混合料重量的5%放入混合料，再加入铝合金粉1公斤至3公斤和硝酸钠0.3公斤至0.9公斤，混合均匀，用镁丝引发反应，然后将混合料均匀加入反应炉内反应直至反应不冒烟；步骤三、将含有按混合料重量2%至4%铝棒的刚玉陶瓷管插入反应炉，搅拌至铝棒熔入合金体，抽出陶瓷管；步骤四、拆开反应炉，使合金体完全暴露于空气中，再冷却到常温。本发明方法比现有技术将金属铬直接加入熔融的铝中生产铝铬中间体，可以降低产品成本，使用保存更方便。

Description

一种铬铝中间合金材料的制备方法

技术领域

本发明属于铝合金材料的制备方法，特别涉及一种铬铝中间合金材料的制备方法。

背景技术

在消费的铝材总量中有近85%是以铝合金的形式应用的，这部分铝材在熔铸过程中必须加入一种或多种金属元素或非金属元素，常用的元素有硅、铁、铜、锰、钛、镁、铬、锆、锡、硼、稀土等。铬是铝合金添加元素中重要的一种，含铬能使铝合金的强度、韧性、表面光洁度、抗氧化耐腐蚀性及机械加工性能都得到增强。铬较明显地提高了铝的蠕变强度与再结晶温度。铝合金中加铬，若采用对掺的的办法，由于铬的熔点(1857℃)比铝高很多，且比重(7.7g·cm^-3)差不多是铝的3倍，因此，在铝或铝合金中直接添加金属铬容易造成溶化不均匀，金属铬很容易下沉，产生严重偏析、实际合金化的铬含量降低的现象，从而影响合金质量，所以，目前主要是通过铬剂或铝铬中间合金的形式将铬元素添加到铝合金中。

目前市场上供应的国内外铬剂主要有含铬质量分数为75%到95%之间，余量为铝粉或者铝粉加助熔剂。原料金属铬的纯度高达98%或99%以上，金属铝纯度高达95%或99%以上，将块状金属铬破碎加工成60目左右的粉末，将铝锭喷制成铝粉,再和助熔剂（少量或不含）按一定配比混合均匀压制成块；铬的具体含量也可由商户向生产方定制。铬剂在正常的铝合金熔铸温度下熔化迅速，实收率高，含量稳定，容易控制，从而大大提高铬进入铝合金材料的效率，而且，它可以随意按使用需要随便调节其中铬和其他元素的含量。但其制造流程长，成本较高，而且，其由粉末压制而成，包装运输使用都有不同程度的破损发生，也不便于长时间保存而不变质。

铝铬中间合金也是目前广泛使用的向铝合金中添加铬的一种传统产品，它是将金属铬直接加入熔融的铝中生产铝铬中间体，这种中间体的熔化温度显著降低，从而使铬这种熔解温度较高的金属元素在较低的温度下加入到铝液当中，以调解铝熔体的铬元素含量。 其成分均匀，熔化温度低；易于破碎，便于加入且成分含量高，易于吸收，也较铬剂容易保存和使用。但和铬剂一样，成本较高，而且，由于在铝溶液铬溶解度低和容易发生偏析，其铬含量一般很难超过20%。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以制造高含铬的铬铝中间合金材料的制备方法，不但使铬铝中间合金材料综合了上述铬剂和铬铝中间合金的优点，解决了他们的缺点，在还原反应生产金属铬的同时加入铝，直接形成铬铝合金，从而降低产品成本，而且，使用保存方便。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：铬铝中间合金材料的制备方法按以下步骤制备：

步骤一、取三氧化二铬粉、铝合金粉放入混料机中混料均匀，再放入硝酸钠混料均匀得混合料，三者的重量比为三氧化二铬粉：铝合金粉：硝酸钠=100 : 38至42 : 8至10；

步骤二、先在反应炉中按混合料重量的5%放入混合料，再加入铝合金粉1公斤至3公斤和硝酸钠0.3公斤至0.9公斤，混合均匀，用镁丝引发反应，然后将混合料均匀加入反应炉内反应直至反应不冒烟，反应完毕；

步骤三、反应完毕后，将含有按混合料重量2%至4%铝棒的刚玉陶瓷管插入反应炉，搅拌至铝棒熔入合金体，抽出陶瓷管；

步骤四、按常规拆开反应炉，使合金体完全暴露于空气中，再冷却到常温。

进一步的技术方案是：

所述三氧化二铬粉，最佳是采用含量99%以上颜料级，粒度0.03毫米以下的原料，在钼丝炉经1800度高温烧结，除去原料水分，烧结成多孔块状，其孔径分布于0.1-0.5毫米之间，孔径容积占总体积的20-30%，再经破碎成1-3毫米的多孔颗粒；

所述铝合金粉，最佳是采用99.7%的铝锭雾化生产，在熔化时加2%至4%的镁形成的铝合金粉；

所述铝合金粉的最佳粒度范围是0.15毫米到1毫米，其粒度分布为：小于0.15毫米，5%以内；0.15毫米至0.5毫米占40%至50%之间，0.5毫米至1毫米之间40%至50%之间，大于1毫米占5%以内；

所述硝酸钠，最佳是采用98%含量以上的工业硝酸钠做发热剂；

所述铝棒，最佳是采用20毫米直径，99.7%的纯铝棒。

反应原理：

三氧化二铬（CR2O3）+ 活性铝（AL）——→  铬铝合金                                  

金属及合金生成原理：

      

    反应产生金属铬和铬铝中间合金，氧化铝（AL2O3）和未反应完的三氧化二铬（CR2O3）形成固体熔块。

本发明是直接用经处理“活化”的烧结三氧化二铬（CR2O3）和高活性含镁铝合金粉末反应制造铬铝中间合金。用超反应比例的铝(AL)和经 “活化” 处理的三氧化二铬（CR2O3）直接反应制造含铬85%至95%含铝15%至5%不等的铬铝中间合金代替用金属铬与铝熔炼制造，比现有技术将金属铬直接加入熔融的铝中生产铝铬中间体，可以降低产品成本10%以上，而且使用保存更方便。

本发明制备的铬铝中间合金是在金属铬中熔入了一定数量的铝，使铬铝等形成中间合金状态，从而能降低铬金属进入铝合金溶液的溶解温度，使金属铬均匀加速地进入铝合金，从而提高了金属铬进入熔体的实收率，可以达到代替99%金属铬降低生产成本的目的，销售价格比99%金属铬粉降低10%以上。同时，本发明方法不使用任何有毒害的原料，也不会产生任何有毒害的废气废水，废渣可以再利用于做优质耐火材料。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

实施例1

本发明方法包括以下工序：

一、原料准备

三氧化二铬粉：采用含量99%以上颜料级，粒度0.03毫米以下的三氧化二铬原料，在钼丝炉经1800度高温烧结，除去原料水分，烧结成多孔块状，其孔径分布于0.1-0.5毫米之间，孔径容积占总体积的20-30%，再经破碎成1-3毫米的多孔颗粒三氧化二铬粉。

铝合金粉：采用99.7%的铝锭雾化生产，在熔化时加2%至4%的镁，形成含镁2%至4%±0.5%的铝合金粉；所述铝合金粉的粒度范围是0.15毫米到1毫米，其粒度分布为：小于0.15毫米，5%以内；0.15毫米至0.5毫米占40%至50%之间，0.5毫米至1毫米之间40%至50%之间，大于1毫米占5%以内。

硝酸钠，采用98%含量以上的工业硝酸钠做发热剂。

铝棒，采用20毫米直径，99.7%的纯铝棒。

二、设备准备（均为常规设备）

1），混料设备：1米长直径0.5米的筒形混料机，转速： 60转/分钟。

2），料斗：带斜溜槽料斗。

3），反应炉：用镁砖和镁砂筑砌的高300毫米，直径500毫米的反应炉。

三、制备95规格的铬铝中间合金材料：

步骤一、取50公斤烧结破碎好的氧化铬粉和19公斤铝合金粉，放入混料机中先混料10分钟，再放入4公斤硝酸钠混料5分钟，混好的料放入料斗；

步骤二、先在反应炉中放入大概混合料3.65公斤，再加入1公斤铝合金粉和0.3公斤硝酸钠，用铝铲手工混合半分钟，再插入镁丝，点燃镁丝，引发反应，打开料斗溜槽关板，混合料以20公斤/分钟速度流入反应炉反应，加料完毕，直至反应不冒烟，反应完毕；

步骤三、反应完毕后1分钟，插入含有1.46公斤铝棒的刚玉陶瓷管插入反应炉，搅拌1分钟，铝棒熔入合金体，抽出陶瓷管；

步骤四、经过2个小时后拆开反应炉，使合金体完全暴露于空气中，再冷却到常温，制备完成。

取样化验：合金指标：CR 95.3%; AL:4.1%。

实施例2

制备85规格的铬铝中间合金材料：

步骤一、取50公斤烧结破碎好的氧化铬粉和21公斤铝合金粉，放入混料机中先混料10分钟，再放入5公斤硝酸钠混料5分钟，混好的料放入料斗；

步骤二、先在反应炉中放入大概混合料3.8公斤，再加入3公斤铝合金粉和0.9公斤硝酸钠，用铝铲手工混合半分钟，再插入镁丝，点燃镁丝，引发反应,打开料斗溜槽关板，混合料以20公斤/分钟速度流入反应炉反应，加料完毕，直至反应不冒烟，反应完毕；

步骤三为插入3根各含有1公斤铝棒的刚玉陶瓷管插入反应炉，搅拌1分钟，铝棒熔入合金体，抽出陶瓷管；

其它条件和步骤与实施例1相同。

取样化验：合金指标：CR 85.6%； AL:13.1%。

实施例3

制备95%至85%不同铬含量规格的铬铝中间合金：

根据要制造的含铬不同的铬铝中间合金相应调节铝合金粉和硝酸钠的加入比例，步骤三调节相应的加铝量比例即可。其它步骤与上述实施例一样。

Claims (3)

1.一种铬铝中间合金材料的制备方法，其特征是按以下步骤制备：

步骤一、取三氧化二铬粉、铝合金粉放入混料机中混料均匀，再放入硝酸钠混料均匀得混合料，三者的重量比为三氧化二铬粉：铝合金粉：硝酸钠=100 : 38至42 : 8至10；

步骤二、先在反应炉中按混合料重量的5%放入混合料，再加入铝合金粉1公斤至3公斤和硝酸钠0.3公斤至0.9公斤，混合均匀，用镁丝引发反应，然后将混合料均匀加入反应炉内反应直至反应不冒烟，反应完毕；

步骤三、反应完毕后，将含有按混合料重量2%至4%铝棒的刚玉陶瓷管插入反应炉，搅拌至铝棒熔入合金体，抽出陶瓷管；

步骤四、按常规拆开反应炉，使合金体完全暴露于空气中，再冷却到常温，

所述三氧化二铬粉采用含量99%以上颜料级，粒度0.03毫米以下的原料，在钼丝炉经1800度高温烧结，除去原料水分，烧结成多孔块状，其孔径分布于0.1-0.5毫米之间，孔径容积占总体积的20-30%，再经破碎成1-3毫米的多孔颗粒，

所述铝合金粉采用99.7%的铝锭雾化生产，在熔化时加2%至4%的镁形成的铝合金粉，

所述铝合金粉的粒度范围是0.15毫米到1毫米，其粒度分布为：小于0.15毫米，5%以内；0.15毫米至0.5毫米占40%至50%之间，0.5毫米至1毫米之间40%至50%之间，大于1毫米占5%以内。

2.根据权利要求1所述的铬铝中间合金材料的制备方法，其特征是所述硝酸钠采用98%含量以上的工业硝酸钠做发热剂。

3.根据权利要求2所述的铬铝中间合金材料的制备方法，其特征是所述铝棒采用20毫米直径，99.7%的纯铝棒。