CN103060647B

CN103060647B - 一种钌羰基配合物变质的高性能铝合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103060647B
Application number: CN201110324479.0A
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: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2031-10-24
Also published as: CN103060647A

Abstract

本发明公开了一种钌羰基配合物变质的高性能铝合金材料及其制备方法，按重量百分比计，该合金成分为，Cu：2.6～4.3%，Mg：1.7～2.6%，Zn：≤0.1%，Mn：0.45～1%，Ti：≤0.4%，Be：≤0.01%，钌羰基配合物变质剂Ru_n(CO)_m为炉料总量的1ppm～1%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.1%，本发明可以有效地避免了以中间合金的形式加入，有效低使工艺简单化，降低了生产成本。

Description

一种钌羰基配合物变质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，特别涉及一种钌羰基配合物变质的高性能铝合金材料及其制备方法。

背景技术

变质作用能够极大地提高铝合金的综合机械性能和化学稳定性指标，有时甚至是颠覆性的。能够产生变质作用的物质称为变质剂。

目前几乎所有的变质剂都集中在一种技术手段上：以铝为基体生产含有变质元素的中间合金，再在铝合金熔炼时把中间合金加入熔体中。

这一过程产生了两个于节能不利的环节：①含有高浓度变质元素的中间合金的熔铸环节，往往需要很高的温度(＞1000℃，如Al-Ti-B、Al-RE、Al-Si、Al-Sc、Al-V、Al-Cr、Al-Mn、Al-Co、Al-Ni、Al-W、Al-Zr等)；②铝合金熔炼时加入中间合金，“溶解”并“稀释”变质元素，再铸造。

目前，通过已有的Al-Ru合金可以看出此类合金具有不同寻常的室温塑性、力学性能和优异的抗蠕变能力，使之能够应用于高温、高磨损等较为苛刻的环境，由于目前航天工业和汽车工业对铝合金的要求越来越高，所以Ru等贵金属也被加入到铝合金的成分中，而对于贵金属而言，其熔点高，直接加入热损失大，而冶炼Al-贵金属的中间合金也比较困难。

由于Ru的熔点高达2310℃，所以很难通过普通熔炼方法制备铝钌合金，需要昂贵的高温熔炼设备，例如有专利报道就是利用电弧熔融制备质量比为1:1的铝钌合金，此法制得的RuAl合金大多数情况下，多孔且成分不易控制，还有由于Al-Ru的熔点相差很大，那么在熔融时，Al的蒸汽压就很高，就会有一部分的Al损失掉，这就造成了RuAl合金中的RuZAI 晶界处的偏析。

本发明采用加入Ru的羰基配合物的形式加入，很好地解决了这个技术问题。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是：

针对目前铝合金，在铝合金中加入Ru在技术上还有缺陷，本发明以Ru的羰基配合物细粉作为高效变质剂，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Ru，同时产生CO-自由基，可吸收和去除熔体中H和O等有害杂质元素，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；并在铝合金生产中的取代中间合金，减少中间环节，节能降耗。

本发明采用的技术方案：

本发明的一种钌羰基配合物变质的高性能铝合金材料，按重量百分比计，该合金成分为，Cu：2.6～4.3%，Mg：1.7～2.6%，Zn：≤0.1% ，Mn：0.45～1% ，Ti：≤0.4%，Be：≤0.01%，钌羰基配合物变质剂Ru_n(CO)_m为炉料总量的1ppm～1%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.1%。

本发明所述的一种钌羰基配合物变质的高性能铝合金材料，上述合金的组成中，Si、Fe元素含量满足：Si：≤0.5%，Fe：≤0.3%。

本发明所述的一种钌羰基配合物变质的高性能铝合金材料，钌羰基配合物变质剂Ru_n(CO)_m，为Ru(CO)₃、Ru(CO)₄、Ru(CO)₅、Ru₂(CO)₈、Ru₂(CO)₉中的一种或两种以上混合物。

本发明所述的一种钌羰基配合物变质的高性能铝合金材料，钌羰基配合物变质剂Ru_n(CO)_m的分子晶体聚集态颗粒度为20～100目。

本发明所述的一种钌羰基配合物变质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：

步骤一：在上述元素比例范围内，选定一组元素和钌羰基配合物变质剂Ru_n(CO)_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，同时使钌羰基配合物变质剂Ru_n(CO)_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。

本发明所述的一种钌羰基配合物变质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。

本发明与现有技术相比达到的有益效果：

（1）避免了以中间合金的方式加入Ru，由于Ru的熔点高达2310℃，所以很难通过普通熔炼方法制备铝钌合金，本发明直接加入钌羰基合金，在铝熔体700~800℃高温下分解出金属Ru，避免了熔铸中间合金的熔铸所消耗的大量能源和昂贵的高温熔炼设备，缩短了工艺流程，大大降低了生产成本。

（2）细化变质效果更好，由于在保护性气体的保护下，钌羰基配合物变质剂Ru_n(CO)_m在铝熔体表面时不会被分解，而是进入到人体后，在高温把保护性气体挥发后，钌羰基配合物Ru_n(CO)_m才会被加入分解成Ru金属的原子态，回迅速与溶基中的Al或其它元素形成强化相，或进入到Al熔体的各个角落，在合金成型的过程中均匀低以细小的原子态作为整个铝合金的结晶晶核，对整个铝合金的细化起到了很好的作用。

（3）净化铝熔体，可以达到除氢和除氧的目的，减少铝合金的各种缺陷。钌羰基配合物Ru_n(CO)_m在高温下分解成Ru金属以及部分的C和O元素的原子态和CO自由基，原子态C、原子态O和 CO(自由基)在保护性气体和钌羰基配合物分解出各种微粒的搅拌下，迅速和铝熔体中的氢结合，生成水蒸气和其它有机气体分子随保护性气体的不断通入搅拌作用，溢出熔体外。

钌羰基配合物Ru_n(CO)_m对铝熔体具体的变质机理如下：

Ru_n(CO)_m+e(高温)→nRu(原子态)+ C(原子态)+O(原子态)+CO(自由基)

Ru+Al(液)→α(Al)共溶体→饱和共溶体→冷却→过饱和固溶体

Ru+Al(饱和共溶体)→AlRu+Al₂Ru+Al₁₃Ru₄+Al₆Ru

C(原子态)+Al(液)→Al₄C₃(化合物)

O (原子态)+H(铝熔体)→H₂O(气体)

CO(自由基) +2H(铝熔体)→H₂O (气体) + C(原子态)

C(原子态) +H(铝熔体)→CH₄(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，以保护性气体氩气对熔体进行除气作业，同时使钌羰基配合物Ru_n(CO)_m变质剂（40目）以流态化方式随保护性气体氩气加入到合金熔体中；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

1.一种钌羰基配合物变质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，Cu：2.6～4.3%，Mg：1.7～2.6%，Zn：≤0.1% ，Mn：0.45～1% ，Ti：≤0.4%，Be：≤0.01%，钌羰基配合物变质剂Ru_n(CO)_m为炉料总量的1ppm～1%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.1%。

2.根据权利要求1所述的一种钌羰基配合物变质的高性能铝合金材料，其特征在于：上述合金的组成中，Si、Fe元素含量满足：Si：≤0.5%，Fe：≤0.3%。

3.根据权利要求1所述的一种钌羰基配合物变质的高性能铝合金材料，其特征在于：钌羰基配合物变质剂Ru_n(CO)_m，为Ru(CO)₃、Ru(CO)₄、Ru(CO)₅、Ru₂(CO)₈、Ru₂(CO)₉中的一种或两种以上混合物。

4.根据权利要求1所述的一种钌羰基配合物变质的高性能铝合金材料，其特征在于：钌羰基配合物变质剂Ru_n(CO)_m的分子晶体聚集态颗粒度为20～100目。

5.一种如权利要求1～4之一所述的一种钌羰基配合物变质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，同时使钌羰基配合物变质剂Ru_n(CO)_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;

6.根据权利要求5所述的一种钌羰基配合物变质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。