CN103060627B

CN103060627B - 一种二茂铁强化的高性能铝合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103060627B
Application number: CN201110323465.7A
Authority: CN
Inventors: 门三泉; 车云; 张中可
Original assignee: Guizhou Huake Aluminium Material Engineering Technology Research Co Ltd
Current assignee: Guizhou Huake Aluminium Material Engineering Technology Research Co Ltd
Priority date: 2011-10-23
Filing date: 2011-10-23
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2031-10-23
Also published as: CN103060627A

Abstract

本发明公开了一种二茂铁强化的高性能铝合金材料，按重量百分比计，该合金成分为Si：6.5~10%，Mg:≤0.45%，Ti:≤0.2%，Mn:≤0.2%，Cu:≤0.5%，Zn:≤0.3%，Sn:≤0.01%，Pb:≤0.05%，Be:≤0.1%，二茂铁变质剂为炉料总量的1ppm～2.0%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.1%，合计≤0.5%，本发明的铝合金材料具有较普通铝合金具有细小的晶粒结构和更高的纯净度。

Description

一种二茂铁强化的高性能铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法，特别涉及一种二茂铁强化的高性能铝合金材料及其制备方法。

背景技术

众所周知,铁在铸造铝合金中是一种主要的有害杂质,其有害作用在于它在合金中形成对基体有破坏作用的显微组织，所以对它的含量一般予以限定。铁在Al中的溶解度极小，在液态凝固过程中Fe比富Al的α（Al）固溶体先结晶，以针状或片状脆性β（Al9Si2Fe2）相等初晶化合物形式存在，针状或片状脆性β（Al9Si2Fe2）相随着含铁量的增加而张长，起到了割裂基体、提高应力集中源的作用，严重低降低了铝合金的力学性能。

由于粗大针状或片状β（Al9Si2Fe2）相是金属液体凝固过程中的领先形成相，阻碍了液体、金属在补缩通道的流动，会造成热节部位疏松的增加，对Al-Si系铝合金的影响，随着含铁量的增加造成力学性能的下降是明显的。

常见的是在铸造铝合金中添加少量的Mn，可使针状或片状脆性β（Al9Si2Fe2）相转化为骨骼状的AlMnFeSi相，从而减轻杂质Fe的有害影响，有资料认为Mn/Fe比值在0.7~0.8时效果最好，但是Mn的过量加入即当锰含量达到1%时，可使铝合金的脆性增加，室温的强度降低，所以用锰来解决Fe的危害不能彻底，并且随着锰含量的上升会对合金产生有害影响。所以研发一种变质剂，可以减轻或消除Fe的有害影响，并且能对合金起细化作用具有重大意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对杂质Fe对铝合金存在的有害影响，以二茂铁作为高效变质剂，以流态化方式随保护性气体加入到合金熔体中，通过与铝合金熔体发生化学反应或高温分解而释放出原子或离子状态的变质元素Fe，达到高效、均匀变质和净化熔体的目的，实现基体和金属化合物相的晶粒细化。

本发明的一种二茂铁强化的高性能铝合金材料，按重量百分比计，该合金成分为Si：6.5~10%，Mg:≤0.45%，Ti:≤0.2%，Mn:≤0.2%，Cu: ≤0.5%，Zn:≤0.3%，Sn:≤0.01%，Pb:≤0.05%，Be:≤0.1%，二茂铁变质剂为炉料总量的1ppm～2.0%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.1%，合计≤0.5%。

本发明所述的一种二茂铁强化的高性能铝合金材料，Fe 元素含量满足：Fe≤2%。

本发明的一种二茂铁强化的高性能铝合金材料，二茂铁变质剂中的二茂铁为纳米级。

本发明的的一种二茂铁强化的高性能铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：在上述元素比例范围内，选定一组元素和二茂铁变质剂比例，再根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种单质金属的质量，编制合金生产配料表，并按配料表选足备料；

步骤二：往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；

步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体对熔体进行除气作业，同时使二茂铁变质剂以流态化方式随保护性气体加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体至变质剂反应完毕。

步骤六：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。

本发明的一种二茂铁强化的高性能铝合金材料的制备方法，在步骤五中，保护性气体是指氮气、氩气或氮气与氩气的混合气体。

与现有技术相比，本发明具有如下主要优点：

（1）改变了Fe的元素在合金中的作用机制，找到了一种新的高效变质剂，改变了传统铝合金变质剂的变质机理。

（2）不但提高了铝合金变质剂的变质效果，为生产中高效、高精度控制创造了条件，而且分子分解出的原子态的Fe、C、H可以在熔体中起到了搅拌作用，并且原子态的Fe、C在熔体中能够排挤熔体中的H、O等有害元素，随着保护性气体的搅拌作用净化熔体，从而把变质剂与净化剂的作用有机结合在一起。

具体说来，本发明具有以下优点。

1、改变了Fe在Al-Si或Al-Cu等合金中的有害作用，变有害为有利。

传统意义上的Fe在常用的铸造合金中是有害杂质，Fe在Al中的溶解度极小，在液态凝固过程中Fe比富Al的α（Al）固溶体先结晶，以针状或片状脆性β（Al9Si2Fe2）相等初晶化合物形式存在。由于粗大针状或片状β（Al9Si2Fe2）相是金属液体凝固过程中的领先形成相，阻碍了液体、金属在补缩通道的流动，会造成热节部位疏松的增加，对Al-Si系等铝合金的影响，随着含铁量的增加造成力学性能的下降是明显的。但本发明中加入二茂铁在大于400℃时，分解出原子态的铁，可以迅速均匀低扩散到铝熔体中，由于原子态的电负性和比表面积大的缘故，可以使Fe均匀低嵌铝的晶格中，并且原子态的Fe能够打破原本熔体中的杂质铁形成的针状或片状脆性β（Al9Si2Fe2）相，使Al-Si-Fe之间的金属键断裂，起到了很好地细化作用。

2、二茂铁分解释放的是Fe原子和C，H原子，原子的原子化焓与能够调整铝及其它合金元素的原子化焓，同时原子具有pm～nm级之间的细微尺寸，特别是加入纳米级的二茂铁，随保护性气体在铝熔体中的分散效果更好，再在高温下分解，可以非常均匀低分布在铝熔体中，对铝熔体的晶体结构产生初始的“编程”作用；而二茂铁释放出的Fe、H、C原子在高温下以气态形式与扰动的铝熔体充分接触，由于反应性和比表面积大，便于和熔体中溶解的大量H、O等有害元素结合，生成的H₂或和H₂O或有机化合物以气态形式离开熔体排向烟气收集系统，从而使熔体得到净化。

具体实施方式

步骤一：按下表选定每元素和物质配方，并按配制的合金总量1000kg，推算出所需的每种物质的重量。

步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体对熔体进行除气作业，同时使二茂铁（按实施例中的纳米级或普通级）变质剂以流态化方式随保护性氩气气体加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体至变质剂反应完毕。

注：除步骤一中使用的物质、各物质的比例及实际配入的重量不同外，各实施例的其余步骤均完全一样。

Claims

1.一种二茂铁强化的高性能铝合金材料，其特征在于：按重量百分比计，该合金成分为Si：6.5~10%，Mg:≤0.45%，Ti:≤0.2%，Mn:≤0.2%，Cu: ≤0.5%，Zn:≤0.3%，Sn:≤0.01%，Pb:≤0.05%，Be:≤0.1%，二茂铁变质剂为炉料总量的1ppm～2.0%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.1%，合计≤0.5%。

2.根据权利要求1所述的一种二茂铁强化的高性能铝合金材料，其特征在于：二茂铁变质剂中的二茂铁为纳米级。

3.一种如权利要求1～2之一所述的一种二茂铁强化的高性能铝合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体对熔体进行除气作业，同时使二茂铁变质剂以流态化方式随保护性气体加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体至变质剂反应完毕;

4.根据权利要求3所述的一种二茂铁强化的高性能铝合金材料的制备方法，其特征在于：在步骤五中，保护性气体是指氮气、氩气或氮气与氩气的混合气体。