CN103184370B - 一种固溶体型铝合金变质剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固溶体型铝合金变质剂，其特征在于，包括碳酸稀土20-80份、生核基底物10-40份，所述生核基底物包括K2ZrF6、LiCl、Na2TiF6、NaBF4、V2O5中的至少一种，还可添加氟化物和发热剂。该变质剂变质效果好，可明显提高固溶体型铝合金的机械性能，提升铸件质量，适用于固溶体型铝合金的批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种固溶体型铝合金变质剂及其应用方法。
背景技术
Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系等固溶体型铝合金在室温和高温时，机械性能都表现非常出色，因而应用非常广泛。但上述合金的最大缺点是宏观结晶晶粒粗大，最容易发生铸造裂纹，导致其不能充分发挥机械性能的优势，所以有必要对这些系列的合金进行变质处理，使固溶体的晶粒细化。
目前变质的主要方法是采用中间合金变质剂或无机盐变质剂进行孕育处理，现有中间合金变质剂采用纯金属配制，其保管要求高，价格昂贵，精炼变质效果较差，而无机盐变质剂都是广泛采用Na、Sr盐进行配制，但Na盐的变质有效期(30-60min)短，Sr盐变质易使合金液吸气，增加铸件的针孔度。因此，选择其他更优质的盐类应用于铝合金变质日益引起人们的重视。
发明内容
本发明提供了一种固溶体型铝合金变质剂，明显提高了该类型铝合金的机械性能，且显著降低铸件针孔度，提升了铸件表面质量。
本发明的技术方案是：
一种固溶体型铝合金变质剂，包括碳酸稀土20-80份、生核基底物10-40份，所述生核基底物包括K2ZrF6、LiCl、Na2TiF6、NaBF4、V2O5中的至少一种。
优选地，还包括氟化物5-80份。
优选地，所述氟化物包括AlF3、NaF、MgF2、Na2SiF6、CaF2或冰晶石中的至少一种。
优选地，还包括发热剂5-50份。
优选地，所述发热剂包括Na2CO3、Na2SO4、Na2S2O3、NaNO3、C、NaHCO3中的至少一种。
优选地，所述固溶体型铝合金变质剂按铝液质量的0.05-0.2％加入到铝液中。
优选地，所述固溶体型铝合金变质剂采用喷射方式加入到铝液中。
本发明提供的固溶体型铝合金变质剂及其应用，具有如下优点：
1、变质效果好：取得了良好的变质效果，明显提高了固溶体型铝合金的机械性能，该变质剂重熔5次以上，保温4小时后仍有良好的变质组织；电子探针表明：用该变质剂大大减少了Al-Re中间合金变质时稀土富集的弊端，可使铝合金的室温抗拉强度提高5-10％，延伸率提高30-50％；故其适用于固溶体型铝合金的批量生产。
2、提升铸件质量：本变质剂可细化晶粒，显著降低铸件针孔度：a、碳酸稀土中稀土元素极易填补合金相的表面缺陷，从而降低新旧两相界面上的表面张力，使得晶核生长的速度增大，同时还在晶粒与合金液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，使合金的组织细化；b、生核基底物的晶体结构和晶格常数与铝的晶体结构和晶格常数接近，做为生核基底堆积了大量铝原子，使铝合金容易凝固，从而也细化了晶粒；c、本变质剂不包含Sr盐，碳酸根还可产生气体，起到精炼净化的作用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明技术方案做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例1-4的铝合金变质剂为碳酸稀土和生核基底物组成。
实施例1
实施例1的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、Na2TiF6混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.15％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高4.9％，延伸率提高34.1％。
实施例2
实施例2的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、K2ZrF6混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.12％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高5.3％，延伸率提高37.9％。
实施例3
实施例3的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、K2ZrF6、NaBF4混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.10％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高5.8％，延伸率提高39.0％。
实施例4
实施例4的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、LiCl、V2O5混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.05％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高5.4％，延伸率提高39.9％。
以下实施例5-8的铝合金变质剂为碳酸稀土、生核基底物和氟化物组成。
实施例5
实施例5的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、Na2TiF6、V2O5、CaF2混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.16％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高6.1％，延伸率提高40.6％。
实施例6
实施例6的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、K2ZrF6、LiCl、MgF2混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.08％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高6.0％，延伸率提高40.2％。
实施例7
实施例7的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、K2ZrF6、NaBF4、Na2SiF6、AlF3混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.14％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高6.7％，延伸率提高41.3％。
实施例8
实施例8的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、Na2TiF6、V2O5、NaF、MgF2混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.11％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高6.8％，延伸率提高40.9％。
以下实施例9-10的铝合金变质剂为碳酸稀土、生核基底物和发热剂组成。
实施例9
实施例9的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、K2ZrF6、Na2TiF6、Na2CO3混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.13％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高7.1％，延伸率提高41.8％。
实施例10
实施例10的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、Na2TiF6、V2O5、Na2CO3、NaHCO3混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.07％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高7.4％，延伸率提高43.2％。
以下实施例11-15的铝合金变质剂为碳酸稀土、生核基底物、氟化物和发热剂组成。
实施例11
实施例11的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、K2ZrF6、CaF2、NaF、Na2SO4混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.1％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高8.4％，延伸率提高48.9％。
实施例12
实施例12的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、K2ZrF6、CaF2、AlF3、Na2CO3、C粉混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.18％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高9.3％，延伸率提高47.7％。
实施例13
实施例13的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、K2ZrF6、Na2TiF6、CaF2、冰晶石、Na2CO3混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.2％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高8.2％，延伸率提高47.8％。
实施例14
实施例14的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、K2ZrF6、Na2TiF6、CaF2、冰晶石、Na2S2O3混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.2％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高9.2％，延伸率提高48.4％。
实施例15
实施例15的铝合金变质剂配方成分如下表所示：
制备方法：将碳酸稀土、Na2TiF6、NaF、MgF2、Na2SO4混合均匀，在280-300℃下烘干3-5小时，并保温0.5-2小时至水分小于0.1％即制得变质剂。
使用方法：利用抬包将铝电解槽产生的原铝液转运到熔炼炉(或保持炉)中，熔炼温度保持在730-750℃；在使用喷粉精炼后，并在气体精炼前，将该变质剂喷射至铝液中，其用量为铝液质量的0.2％(质量百分比)，喷粉时间为20min，静置15分钟后扒完渣即可检验。检验效果为该变质剂使铝合金的室温抗拉强度提高9.5％，延伸率提高48.0％。
以上对本发明实施例提供的一种固溶体型铝合金变质剂及其应用进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，仅用于帮助理解本发明核心思想，不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种固溶体型铝合金变质剂，其特征在于，包括碳酸稀土20-80份、生核基底物10-40份，所述生核基底物包括K2ZrF6、LiCl、Na2TiF6、NaBF4、V2O5中的至少一种；所述固溶体型铝合金变质剂还包括氟化物5-80份；所述氟化物包括AlF3、NaF、MgF2、Na2SiF6、CaF2或冰晶石中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种固溶体型铝合金变质剂，其特征在于，还包括发热剂5-50份。
3.根据权利要求2所述的一种固溶体型铝合金变质剂，其特征在于，所述发热剂包括Na2CO3、Na2SO4、Na2S2O3、NaNO3、C、NaHCO3中的至少一种。
4.一种如权利要求1-3中任一项权利要求所述的一种固溶体型铝合金变质剂的应用，其特征在于，所述固溶体型铝合金变质剂按铝液质量的0.05-0.2％加入到铝液中。
5.根据权利要求4所述的一种固溶体型铝合金变质剂的应用，其特征在于，所述固溶体型铝合金变质剂采用喷射方式加入到铝液中。
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