CN103305713B - 一种Al-Mg-Si合金的精炼剂及应用 - Google Patents

Abstract

一种Al-Mg-Si合金的精炼剂，由C₂Cl₆与RE按质量比为2:0.5～1.5组成，其中RE为含50～60%Ce，25～35%La，15～20%Nd的混合稀土，其应用是在Al-Mg-Si合金熔炼时，将精炼剂分两次加入铝熔体；第一次在铝熔体温度达700～730℃时加入，加入量为1～3g/kg熔体，搅拌、扒渣；第二次在出炉前加入，加入量为1～5g/kg熔体，搅拌、扒渣后静置、出炉；采用常规覆盖剂和晶粒细化剂，按常规工艺铸造、挤压和热处理。本精炼剂对合金有明显的净化、除气和大幅度减少针孔率的作用，优化了铝合金的组织，显著提高了合金的导电导热性能、加工性能和力学性能。采用本发明制备的Al-Mg-Si铝合金型材，在保证硬度的基础上，其电导率和热导率较常规T5态6063铝型材明显提高，可应用于各种散热器件和导电元件，具有可观的社会和经济效益。

Description

一种Al-Mg-Si合金的精炼剂及应用

技术领域

本发明涉及铝合金熔炼技术领域，具体涉及一种Al-Mg-Si合金的精炼剂及应用。

背景技术

散热器作为热的传导者，传热系数是评价散热器散热性能的重要参数，其组成材料的导热性能直接影响其散热效果。当代科学技术迅速发展，对散热器的性能要求越来越高。按照导热性能排序依次为银、铜、金和铝。但是，银和金的价值比较昂贵，而随着工业的发展，铜资源日益紧缺且价格不断上涨，故铝合金凭借良好的导热性能、成型性能以及相对低廉的价格等诸多优势成为生产散热片的主要材料，现得到广泛应用。

在所有铝合金系列，1×××系和6×××系合金的导热能力较好，但是，由于散热片复杂的断面形状以及后续加工的要求，散热片必须具有一定的强度和良好的塑性，因此，6×××系合金成为生产散热片材料的首要之选。目前，散热片通常采用6063铝合金挤制而成。

到目前为止，相关研究人员虽然对增强散热器的导热能力做了许多有益的探索，但大多数是从结构和外观上作出改进。虽然取得了一定的优良成果，但是良好的散热器用基础材料仍然缺乏。

一般来说，铸棒的质量决定铝型材的质量。要保证铸棒的质量，关键在于保证铝熔体的质量。然而，铝熔体的质量则取决于其净化程度如何。理论上讲，影响铝熔体的质量主要是气体和氧化夹杂物。在熔炼和铸造过程中，产生气体和氧化夹杂物的途径很多。为控制铝熔体的冶金质量，应尽最大限度的减少气体和氧化物夹杂物的侵入，而更重要的是要采取有效的精炼措施和过滤方法将气体和氧化夹杂物从铝熔体中排除出来。

铝熔体净化工艺按工作原理分为吸附净化和非吸附净化两大类。非吸附净化主要包括静置法、真空法、电磁净化和超声波净化等，但其投资成本高；吸附净化主要包括熔剂法、过滤法等，是指通过铝熔体与吸附剂相接触，使吸附剂和熔体中的气体及固态非金属夹杂物产生作用，从而达到除气和除渣的方法，是铝行业中最常见的净化方式。

目前国内用于铝合金精炼的精炼剂主要由KCl、NaCl、Na₂SiF₆、CaF₂、Na₃AlF₆等按照一定重量百分比进行烘烤、混合处理得到，其生产工艺比较复杂，成本较高，且造渣性能不佳，得到的铝合金材料内部仍存在一定的夹杂和气孔。国外生产的精炼剂虽然造渣性能好，但其成本较高。

近年来，含硼和稀土的高导热导电铝合金逐渐投入到实际生产中。由于铝锭中存在一些易吸收到导体内自由电子以填充其不完整电子层的过渡杂质元素，导致导电导热性能低。B可与这些杂质元素形成高熔点难融化合物沉淀出来，从而提高合金导电导热性能，但是过量的B会与Al形成AlB₂降低合金的导电导热性能，由于铝液中杂质元素含量难以测量，故B的添加量不好控制。

现有技术中，普遍存在铝合金熔炼时除气去渣不彻底或溶剂加入量太大造成铝熔体二次污染等问题。因此，研究一种高效除气去渣的铝合金精炼剂，成为本领域的迫切希望。

迄今为止，尚未有采用C₂Cl₆-RE作为精炼剂的相关专利报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、使用方便、工艺操作简单、生产成本较低、既能改善Al-Mg-Si合金的组织以及加工性能，又能显著提高合金导电导热性能的Al-Mg-Si合金的精炼剂及应用。

本发明一种Al-Mg-Si合金的精炼剂，所述精炼剂由C₂Cl₆与稀土按质量比2:0.5～1.5组成，所述稀土为包含Ce，La，Nd的混合稀土。

本发明一种Al-Mg-Si合金的精炼剂，混合稀土中各组分质量百分含量是：

Ce  50～60%，

La  25～35%，

Nd  15～20%。

本发明一种Al-Mg-Si合金的精炼剂的应用，是在Al-Mg-Si合金熔炼时，将所述精炼剂分2次加入Al-Mg-Si合金熔炼中：当铝熔体温度达700～730℃时，第一次加入精炼剂，充分搅拌、扒渣；出炉前，第二次加入精炼剂，充分搅拌、扒渣后静置10～20min出炉。

本发明一种Al-Mg-Si合金的精炼剂的应用，第一次加入精炼剂的量按每公斤Al-Mg-Si合金熔体中加入1～3g精炼剂；第二次加入精炼剂的量按每公斤Al-Mg-Si合金熔体中加入1～5g精炼剂。

本发明精炼剂可以与常规覆盖剂和晶粒细化剂匹配，进行熔炼，然后，可以采用常规铸造工艺进行铸造，采用常规坯挤压和热处理工艺对合金铸坯进行处理。

由于稀土元素具有的独特化学性能，对金属材料来说，是一种有益的添加元素。本发明正是利用了稀土元素的这种特性，采用上述组分配比制成精炼剂，在铝合金熔炼过程中，添加适量的稀土，达到改善铝合金综合性能的目的。其原因在于：稀土对铝合金有明显的净化、除气、减少氧化物夹杂和降低铸件针孔率的作用。C₂Cl₆作为精炼剂加入到铝合金的熔炼过程中，与铝液反应产生气体且浮渣与气泡可混合在一起排出，从而能起到净化、除气的作用，并且铝渣分离性较好，且混合稀土和C₂Cl₆价格便宜。铝合金中的杂质含量降低，其导电导热能力也就随之提高。

本发明的机理详细说明于下：

Al-Mg-Si合金熔体采用C₂Cl₆-RE作为精炼剂，其中C₂Cl₆在铝合金的熔炼过程中与铝液反应产生气体，熔体中的氢进入气泡，并复合成氢气分子状态，同时气泡与浮渣混合在一起排出，从而能起到净化、除氢气的作用，并且反应速度快。稀土具有优良的除杂、除气、强化和细化晶粒作用，微量的稀土可以显著改善合金的组织结构，从而提高合金的强度以及加工性能。稀土之所以能够提高合金的导电导热能力，主要原因如下：（1）在合金的凝固过程中，稀土元素在固液界面前沿大量聚集，从而减小枝晶间距，进而起到细化晶粒的作用；（2）加入的稀土能够与基体中固溶的有害杂质Fe、Si形成多元化合物，从而减少其在铝液中的固溶量；（3）铝液中的气体主要是氢，氢在铝合金的铸件中造成疏松、针孔等不良现象，而加入的稀土与氢有较强的亲和力，可以吸附和溶解氢，从而对铝熔体起到净化、除气以及大量减少针孔率的作用；（4）加入的稀土有减少氧化物夹杂的作用。加入适量的稀土可以细化晶粒，明显提高合金的成型性能以及导电导热性能，但是加入的稀土量过量，则起到相反的作用，即合金的各项性能指标均下降。所以，一定要严格控制稀土的加入量。

从提高铝合金综合性能的角度分析各元素的作用，既要考虑到铝合金的导电导热性能，又要考虑到其加工性能。本发明中利用了C₂Cl₆和RE对铝合金的不同作用：一方面C₂Cl₆在铝合金熔炼过程中起到精炼的作用，在不降低合金综合性能的基础上，提高合金的导电导热性能；另一方面适量的稀土可以显著改善合金的组织结构，在不降低其加工性能的基础上，既可以起到强化作用，还可以明显提高合金的导电导热性能，且C₂Cl₆和RE的作用是相互促进的，RE比较活泼，在熔炼过程中加速C₂Cl₆的气化，使除气除渣效果达到最佳，故将两者通过合理的配比组合起来加入到铝合金中，起到强化精炼作用的同时，显著提高其导电导热性能。

本发明涉及Al-Mg-Si合金熔体精炼方法的优点以及应用时产生的积极效果表现在：

1、C₂Cl₆-RE作精炼剂，对铝合金熔体有明显的净化作用，精炼能力强，明显降低了铝熔体的含氢量以及有害夹杂物，可显著提高铝合金的冶金质量。

2、本发明的C₂Cl₆-RE精炼剂使铝合金的熔炼工艺简单有效，在保证其加工性能的基础上，显著提高其导电导热性能。

3、本发明的C₂Cl₆-RE精炼剂加入量少，降低生产成本。

4、本发明的C₂Cl₆-RE精炼剂应用于铝合金的熔炼，不仅能改善铝合金的组织，还可以显著提高合金的导电导热性能，在保证铝合金加工性能的基础上，其电导率和热导率较常规T5态6063铝型材显著提高。

综上所述，本发明组分配比合理、使用方便、工艺操作简单、生产成本较低、既能改善Al-Mg-Si合金的组织以及加工性能，又能显著提高合金导电导热性能；在Al-Mg-Si铝合金的熔炼过程中加入C₂Cl₆-RE精炼剂来净化熔体，在不降低其力学性能以及加工性能的基础上，可显著提高合金的导电导热性能，是铝合金型材获得较高冶金质量以及综合性能的有效措施。适于Al-Mg-Si合金的应用。

具体实施方式

以下通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。

对比实例1：

6063合金在熔炼时，用55%NaCl+45%KCl作覆盖剂，加入常规精炼剂，用Al-Ti-B中间合金作为晶粒细化剂，按常规工艺铸造、挤压和热处理。得到的铝型材的电导率为53.8%IACS，热导率为207W·（m·k）^-1。

对比实例2：

6101合金在熔炼时，用55%NaCl+45%KCl作覆盖剂，加入常规精炼剂，用Al-Ti-B中间合金作为晶粒细化剂，按常规工艺铸造、挤压和热处理。得到的铝型材的电导率为57.1%IACS，热导率为214W·（m·k）^-1。

实施例1：

6063合金在熔炼时，用55%NaCl+45%KCl作覆盖剂，采用77%C₂Cl₆+23%RE作精炼剂，其中RE成分为55%Ce，28%La，17%Nd；精炼剂分两次加入铝熔体，第一次在熔炼炉内当铝熔体温度达700～730℃时加入，加入量为2g/kg熔体，并充分搅拌、扒渣；第二次在出炉前加入，加入量为3g/kg熔体，充分搅拌、扒渣后静置10～20min出炉，用Al-Ti-B中间合金作为晶粒细化剂，按常规工艺铸造、挤压和热处理。得到的铝型材在不降低力学性能的基础上，电导率为56.0%IACS，热导率为218W·（m·k）^-1。

实施例2：

6063合金在熔炼时，用55%NaCl+45%KCl作覆盖剂，采用67%C₂Cl₆+33%RE作精炼剂，其中RE成分为55%Ce，28%La，17%Nd；精炼剂分两次加入铝熔体，第一次在熔炼炉内当铝熔体温度达700～730℃时加入，加入量为2g/kg熔体，并充分搅拌、扒渣；第二次在出炉前加入，加入量为3g/kg熔体，充分搅拌、扒渣后静置10～20min出炉，用Al-Ti-B中间合金作为晶粒细化剂，按常规工艺铸造、挤压和热处理。得到的铝型材在不降低力学性能的基础上，电导率为57.8%IACS，热导率为225W·（m·k）^-1。

实施例3：

6063合金在熔炼时，用55%NaCl+45%KCl作覆盖剂，采用59%C₂Cl₆+41%RE作精炼剂，其中RE成分为55%Ce，28%La，17%Nd；精炼剂分两次加入铝熔体，第一次在熔炼炉内当铝熔体温度达700～730℃时加入，加入量为2g/kg熔体，并充分搅拌、扒渣；第二次在出炉前加入，加入量为3g/kg熔体，充分搅拌、扒渣后静置10～20min出炉，用Al-Ti-B中间合金作为晶粒细化剂，按常规工艺铸造、挤压和热处理。得到的铝型材在不降低力学性能的基础上，电导率为55.6%IACS，热导率为217W·（m·k）^-1。

实施例4：

6063合金在熔炼时，用55%NaCl+45%KCl作覆盖剂，采用67%C₂Cl₆+33%RE作精炼剂，其中RE成分为55%Ce，28%La，17%Nd；精炼剂分两次加入铝熔体，第一次在熔炼炉内当铝熔体温度达700～730℃时加入，加入量为1.5g/kg熔体，并充分搅拌、扒渣；第二次在出炉前加入，加入量为2.5g/kg熔体，充分搅拌、扒渣后静置10～20min出炉，用Al-Ti-B中间合金作为晶粒细化剂，按常规工艺铸造、挤压和热处理。得到的铝型材在不降低力学性能的基础上，电导率为57.0%IACS，热导率为219W·（m·k）^-1。

实施例5：

6101合金在熔炼时，用55%NaCl+45%KCl作覆盖剂，采用67%C₂Cl₆+33%RE作精炼剂，其中RE成分为52%Ce，29%La，19%Nd；精炼剂分两次加入铝熔体，第一次在熔炼炉内当铝熔体温度达700～730℃时加入，加入量为2.5g/kg熔体，并充分搅拌、扒渣；第二次在出炉前加入，加入量为4g/kg熔体，充分搅拌、扒渣后静置10～20min出炉，用Al-Ti-B中间合金作为晶粒细化剂，按常规工艺铸造、挤压和热处理。得到的铝型材在不降低力学性能的基础上，电导率为60.4%IACS，热导率为229W·（m·k）^-1。

本发明提供了一种Al-Mg-Si合金熔体精炼剂及应用。上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种Al-Mg-Si合金的精炼剂的应用，所述精炼剂由C₂Cl₆与稀土按质量比2:0.5~1.5组成，所述稀土为包含Ce， La， Nd的混合稀土；

所述混合稀土中各组分质量百分含量是：

Ce  50~60%，

La  25~35%，

Nd  15~20%；

其应用，是在Al-Mg-Si合金熔炼时，将所述精炼剂分2次加入Al-Mg-Si合金熔炼中：当铝熔体温度达700~730℃时，第一次加入精炼剂，充分搅拌、扒渣；出炉前，第二次加入精炼剂，充分搅拌、扒渣后静置10~20min出炉。

2.根据权利要求1所述的一种Al-Mg-Si合金的精炼剂的应用，其特征在于：第一次加入精炼剂的量按每公斤Al-Mg-Si合金熔体中加入1~3 g精炼剂；第二次加入精炼剂的量按每公斤Al-Mg-Si合金熔体中加入1~5 g精炼剂。