CN103060644A

CN103060644A - 一种氰基配合物处理的铝合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103060644A
Application number: CN2011103251351A
Authority: CN
Inventors: 张中可; 门三泉; 车云
Original assignee: Guizhou Huake Aluminium Material Engineering Technology Research Co Ltd
Current assignee: Guizhou Huake Aluminium Material Engineering Technology Research Co Ltd
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2031-10-24
Also published as: CN103060644B

Abstract

本发明公开了一种氰基配合物处理的铝合金材料及其制备方法，以质量分数计，该合金成分为Cu:1.0～3.0%，Mn:≤0.2%，Mg:1.2～1.8%，Ni:0.8～1.5%，Zn:≤0.3%，Ti:≤0.15%，Si：≤1.2%，Fe：≤1.6%，氰配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]为炉料总质量的0.01～2%，其余为Al和不可避免的微量杂质，本发明的铝合金材料的铸造缺陷明显降低。

Description

一种氰基配合物处理的铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金材料领域，涉及一种氰基配合物处理的铝合金材料及其制备方法。

背景技术

铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。

从制造业和铝合金制品的角度，习惯上把高强度铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类；从制品可用的温度条件划分，高强度铝合金又分为普通铝合金和高温(或耐热)铝合金。到目前为止，能够满足高温高强需要的，只有Al-Cu系铝合金，从牌号系列上讲，Al-Cu系合金包括铸造铝合金和变形铝合金，而不论铸造还是变形，都属于2系铝合金；而能够同时满足铸造性能好又容易进行变形加工的高温高强度铝合金，还没有见公开报道过。

一般铸造铝合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4个系列，其中以AlCu系和AlZn系铝合金的强度最高，但多数在200Mpa～300Mpa之间，高于400Mpa的只有AlCu系的少数几个牌号，但因采用精铝基体且加入贵重元素，制造成本很高；AlZn系铸造合金的耐热性能很差。因此，一般铸造铝合金与变形铝合金相比因强韧性稍逊使其应用范围受到较大的限制。许多重要用途如特种重载车负重轮、航空用铝合金等多采用变形铝合金，而不是铸造铝合金。变形铝合金通过挤压、轧制、锻造等手段减少了缺陷，细化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的强度、优良的韧性以及良好的使用性能。但是，对设备和工装模具要求高，工序多，因此变形铝合金生产周期长、成本很高。与变形铝合金相比，铸造铝合金具有价格低廉、组织各向同性、可以获得特殊的组织、易于生产形状复杂的零件、可以小批量生产也可以大批量生产等诸多优点。因此，开发出能够替代部分变形铝合金的高强韧铸造铝合金材料及其铸造成形工艺，可以达到以铸代锻、缩短制造周期、降低制造成本的目的，具有重要的理论意义和重大的实际应用价值。

但是铸造铝合金存在铸造生产过程中，由于化学成分、装备、工艺或操作不当及外界条件的影响，会出现各种缺陷。例如：铸铝合金中针孔是常见缺陷。当铝合金在熔炼和浇注过程中，合金液可溶解较多的氢，在常压下氢的溶解度随着合金液温度的升高而增大，随着温度的下降而减少；由于湿模中局部水分过高；砂型、型芯和涂料中发气量大；液态金属的某些成分之间，或液态金属与铸型在在界面上发生化学反应产生的气体而透气性又差；或冷铁表面未处理干净等，就很容易形成皮下气孔；铝合金液在凝固过程中，当体积收缩得不到补缩时，在铸件最后的凝固部位便形成管状或枝叉状等孔洞，称为缩孔；疏松和缩松以及偏析等等。由于这些缺陷的存在，合金致密性降低，力学性能下降。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是：目前铸造铝合金中存在针孔、气孔、疏松和缩松、偏析等缺陷，本发明以一种氰基配合物处理的铝合金，其存在的各种缺陷明显降低。

本发明的一种氰基配合物处理的铝合金材料，以质量分数计，该合金成分为Cu：1.0～3.0％，Mn：≤0.2％，Mg：1.2～1.8％，Ni：0.8～1.5％，Zn：≤0.3％，Ti：≤0.15％，Si：≤1.2％，Fe：≤1.6％，氰基配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]为炉料总质量的0.01～2％，其余为Al和不可避免的微量杂质。

本发明所述的一种氰基配合物处理的铝合金材料，氰基配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]是指金属与氰基分子形成的配合物，其中M代表Ag、Zn、Cd、Cu、Mn、Au、Co、Ni、Fe或Pt，Y为H、Na或K。

Y_n[M(CN)_m]具体的为阴离子[Ag(CN)₂]^-、[Cu(CN)₂]^-、[Mn(CN)₆]⁴-[Zn(CN)₄]^2-、[Au(CN)₂]^-、[Cu(CN)₄]^3-、[Ni(CN)₄]^2-、[Fe(CN)₆]^4-、[Cd(CN)₄]^2-、[Fe(CN)₆]^3-、[Ni(CN)₅]^3-、[Co(CN)₆]^3-、或[Pt(CN)₄]^2-与阳离子H⁺、Na⁺或K⁺的组成的氰基配合物。

本发明的所述的一种氰基配合物处理的铝合金材料，氨基配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]的分子晶体聚集态颗粒度为20～200目。

本发明所述的一种氰基配合物处理的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，选定一组元素和氰基配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]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，同时使氰基配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]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。

本发明所述的一种氰基配合物处理的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。

本发明所述的一种氰基配合物处理的铝合金材料的制备方法，其中保护性气体还含有0.1％～1％的氯气。

本发明达到的有益效果：

(1)除氢、除氧及其消除铝合金中的渣Al₂O₃，净化熔体，减少了铝合金中的多种铸造缺陷。首先在铝熔体的高温状态下，氰基配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]分解出各元素的原子态，其中分解出的C、H在配合物分解的迅速扩散，与铝熔体中的H或O形成各种气体，随着保护性气体的不断搅拌作用，随之一道从熔体中移除，可以显著降低铝合金中的气孔、针孔；分解出的C在氯气的作用下还可以与铝渣Al₂O₃发生反应，有效地降低了Al₂O₃对铝合金的有害影响。

(2)有效地减少偏析、疏松和缩松。氰基配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]在高温下分解出的金属元素的流动很大，并且在保护性气体的搅动下，很均匀低分布在熔体中，在凝固的过程中起到了晶核的作用，由于分解出的金属晶核细小且均匀，可以使整个铝合金的晶格细化，很大程度上降低了偏析、疏松和缩松的产生。

本发明的变质剂的变质的化学反应：

Y_n[M(CN)_m]+e(高温)→M(原子态)+mC(原子态)+mN(原子态)+nY(原子态)

M+Al(液)→α(Al)共溶体→饱和共溶体→冷却→过饱和固溶体

M+Al(饱和共溶体)→M-Al(金属间化合物)

C(原子态)+H(铝熔体)→CH₄(气体)

N(原子态)+H(铝熔体)→NH₃(气体)

C(原子态)+Al(液)→Al₄C₃(化合物)

N(原子态)+Al(液)→AlN(化合物)

Al₂O₃+3C+3Cl₂(g)→2AlCl₃(化合物)+3CO(气体)

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，以保护性气体氩气和0.5％(体积比)氯气对熔体进行除气作业，同时使氰基配合物变质剂Y_n[M(CN)_m](50目)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；

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

1.一种氰基配合物处理的铝合金材料，其特征在于：以质量分数计，该合金成分为Cu:1.0～3.0%，Mn:≤0.2%，Mg:1.2～1.8%，Ni: 0.8～1.5%，Zn:≤0.3%，Ti:≤0.15%，Si：≤1.2%，Fe：≤1.6%，氰配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]为炉料总质量的0.01～2%，其余为Al和不可避免的微量杂质。

2.根据权利要求1所述的一种氰基配合物处理的铝合金材料，其特征在于：氰配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]是指金属与氨基分子形成的配合物，其中M代表Ag、Zn、Cd、Cu、Mn、Au、Co、Ni、Fe或Pt，Y为H、Na或K。

3.根据权利要求1所述的一种氰基配合物处理的铝合金材料，其特征在于氰配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]的分子晶体聚集态颗粒度为20～200目。

4.一种如权利要求1～3所述的一种氰基配合物处理的铝合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：在上述元素比例范围内，选定一组元素和氨基配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]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；

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体对熔体进行除气作业，同时使氨基配合物变质剂Y_n[M(CN)_m]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；

5.根据权利要求4所述的一种氰基配合物处理的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。

6.根据权利要求5所述的一种氰基配合物处理的铝合金材料的制备方法，其特征在于：其中保护性气体还含有0.1%~1%的氯气。