CN103131915B - 锇羰基配合物变质的高性能铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锇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：0.15～0.2%，Ti：≤0.2%，Be：≤0.01%，Si：≤1.0%，Fe：≤1.0%，锇羰基配合物变质剂Os(CO)₅为炉料总量的0.05～0.065%，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%，本发明避免了以中间合金的形式加入，有效地使工艺简单化，降低了生产成本。

Description

锇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，特别涉及一种锇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-贵金属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Os的熔点高达3045.0℃，所以很难通过普通熔炼方法制备铝锇合金，需要昂贵的高温熔炼设备。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是：

针对目前铝合金目前，在铝合金中加入贵金属在技术上还有缺陷，本发明以Os的羰基配合物作为高效变质剂，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Os，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：

一种锇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：0.15～0.2%，Ti：≤0.2%，Be：≤0.01%，Si：≤1.0%，Fe：≤1.0%，锇羰基配合物变质剂Os(CO)₅为炉料总量的0.05～0.065%，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%。

一种锇羰基配合物变质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，选定一组元素和锇羰基配合物变质剂Os(CO)₅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，同时使锇羰基配合物变质剂Os(CO)₅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Os，由于Os的熔点高达3045.0℃，所以很难通过普通熔炼方法制备铝锇合金，本发明直接加入锇羰基配合物，在铝熔体700~800℃高温下分解出金属Os，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，锇羰基配合物变质剂Os(CO)₅在铝熔体表面时不会被分解，而是进入到融体后，在高温把保护性气体挥发后，钌羰基配合物Os(CO)₅才会被解成Os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。锇羰基配合物Os(CO)₅在高温下分解成Os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锇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。

锇羰基配合物Os(CO)₅对铝熔体具体的变质机理如下：

Os(CO)₅+e(高温)→Os(原子态)+C(原子态)+O(原子态)+CO(自由基)

Os+Al(液)→α(Al)共溶体→饱和共溶体→冷却→过饱和固溶体

Os+Al(饱和共溶体)→AlOs+Al₃Os₂

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：

实施例1

步骤一：按配方选定一组元素，按重量比计：该合金成分为Cu：2.6%，Mg：1.7%，Mn：0.15%，锇羰基配合物变质剂Os(CO)₅为炉料总量的0.065%，其余为Al和不可避免的微量杂质，其中不可避免的微量杂质、Si和Fe都是由原料中带来的杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.10%，Si:≤1.0%，Fe:≤1.0%；配制的合金总量为1000kg，则推算出所需的每种物质的重量为：Cu：26kg，Mg：17kg，Mn：1.5kg，Os(CO)₅：0.65kg，Al：954.85kg；

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，以保护性气体氩气对熔体进行除气作业，同时使锇羰基配合物Os(CO)₅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。

实施例2

步骤一：按配方选定一组元素，按重量比计：该合金成分为Cu：3.45%，Mg：2.15%，Zn：0.05%，Mn：0.175%，Ti：0.1%，Be：0.005%，锇羰基配合物变质剂Os(CO)₅为炉料总量的0.0575%，其余为Al和不可避免的微量杂质，其中不可避免的微量杂质、Si和Fe都是由原料中带来的杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.10%，Si:≤1.0%，Fe:≤1.0%；配制的合金总量为1000kg，则推算出所需的每种物质的重量为：Cu：34.5kg，Mg：21.5kg，Zn：0.5kg，Mn：1.75kg，Ti：1kg，Be：0.05kg，Os(CO)₅：0.575kg，Al：940.13kg；

其余步骤同实施例1。

实施例3

步骤一：按配方选定一组元素，按重量比计：该合金成分为Cu：4.3%，Mg：2.6%，Zn：0.1%，Mn：0.2%，Ti：0.2%，Be：0.01%，锇羰基配合物变质剂Os(CO)₅为炉料总量的0.05%，其余为Al和不可避免的微量杂质，其中不可避免的微量杂质、Si和Fe都是由原料中带来的杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.10%，Si:≤1.0%，Fe:≤1.0%；配制的合金总量为1000kg，则推算出所需的每种物质的重量为：Cu：43kg，Mg：26kg，Zn：1kg，Mn：2kg，Ti：2kg，Be：0.1kg，Os(CO)₅：0.5kg，Al：925.4kg。

Claims (2)

1.一种锇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：0.15～0.2%，Ti：≤0.2%，Be：≤0.01%，Si：≤1.0%，Fe：≤1.0%，锇羰基配合物变质剂Os(CO)₅为炉料总量的0.05～0.065%，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.如权利要求1所述的一种锇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，选定一组元素和锇羰基配合物变质剂Os(CO)₅的比例，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，往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，当加入铝锭时加热使之完全熔化并在700～800℃下保温；当加入熔融铝液时在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，使之完全熔解和熔化，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，同时使锇羰基配合物变质剂Os(CO)₅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。