CN105274377B - 一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法，所述方法先将铝合金原料置于熔炼炉内，在氮气或惰性气体的气氛下，加热熔化得到铝合金熔体，再采用从上往下吹入氮气或惰性气体的方式，对铝合金熔体进行吹气搅拌，同时进行向下定向凝固处理，将铝合金熔体冷却至液相线温度，达到脱气作用，获得高纯铝合金。本发明方法工艺流程短，易于操作，经济效益高，经检测采用本发明方法除氢率高于90%，获得的铝合金气孔率低于0.15%，抗拉强度提升90%以上。

Description

一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法

技术领域

本发明属于材料与冶金过程技术领域，具体涉及一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法。

背景技术

铝合金在熔炼和铸造的过程中，通常夹杂有杂质和气体，夹杂的气体主要是氢气。氢在铝合金的固液两相中溶解度不同，在液相铝合金中溶解度比在固相铝合金中的溶解度大，氢在固相线上下的溶解度分别为每100g铝液氢含量为0.65 mL和0.034 mL。由于溶解度不同，在凝固过程中，氢气就倾向于向液相中运动，进而在铸件内部形成气泡，严重影响了铸件的性能。

目前，铝合金熔体除气方法主要有吸附法和非吸附法：吸附法主要有气泡浮游法、过滤法、溶剂法。非吸附法主要有超声波净化法、电磁净化法、真空处理法等。吸附法是指通过铝合金熔体直接与各种气体、液体、过滤介质、固体精炼剂等相接触，通过物理、化学或机械作用来达到除气和除杂的目的。非吸附法是指不通过向熔体中添加吸附剂，而是通过某些物理手段来改变金属与气体或夹杂物系统的平衡状态，从而达到分离的目的。我国目前的铝合金熔体处理水平与国际先进水平仍有一定的差距，国内铝合金含氢量达不到0.10～0.20 mL/100g这个基本标准。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法，使铝合金中的氢能够得到有效脱除，且同时具有工艺流程短、操作简单、经济效益高的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法，包括如下步骤：

1）预处理：将铝合金原料置于熔炼炉内，在氮气或惰性气体的气氛下，加热使炉内的铝合金原料熔化，得到铝合金熔体；其中，控制熔炼炉内压力为常压，温度为550～2000℃，加热时间为5～300min，保温时间为1～180min；

2）吹气搅拌定向凝固处理：采用从上往下吹入氮气或惰性气体的方式，对步骤1）所述铝合金熔体进行吹气搅拌，同时进行向下定向凝固处理，将铝合金熔体冷却至液相线温度，达到脱气作用，获得高纯铝合金；其中，控制吹气搅拌的吹气深度距铝合金熔体底部2～20 cm，气流量为10～12000 mL/s，控制定向凝固的下拉速度为1～12000 μm/s。

这主要结合了吹气搅拌和定向凝固两种方法。往铝合金熔体中吹入惰性气体，气体搅拌的作用加速了铝合金熔体中氢原子之间的相互碰撞，促使分布在铝合金中的氢原子结合形成氢气；并且由于吹入气体，使得铝合金熔体内部产生大量的气泡，利用氢在铝合金熔体和气泡之间的分压差不同，促使铝熔体中的氢气不断的进入气泡，逸向液面。同时，对铝合金熔体进行定向凝固处理，即底部先凝固，利用氢在铝合金固液相的溶解度不同，将氢气从熔体的一端逐渐汇集到另一端，促使氢逐渐向头部富集并逸出。

上述方法中采用温度为550～2000℃，加热时间为5～300min，保温时间为1～180min，在上述条件下铝合金原料的熔融状态优良，熔化充分，有利于后期的吹气搅拌定向凝固处理；控制吹气搅拌的吹气深度距铝合金熔体底部2～20 cm，选择该吹气深度对熔体的搅拌程度较优，能够尽可能地除去铝合金中的氢气，达到脱除氢气的目的；气流量为10～12000 mL/s，选择该气流量对熔体的搅拌作用较优，能使熔体中产生合适数目和大小的气泡，使氢气尽可能地进入气泡内；控制定向凝固的下拉速度为1～12000 μm/s，可以使熔体的冷却速度较慢，使氢气有足够的时间充分地富集在液相中，又可以避免采用过慢的下拉速度耗时耗能的问题。

作为优化，所述铝合金中铝的质量含量为5%～95%。选用这样的铝合金，能够达到更好的脱除氢气效果。

作为优化，所述铝合金中其它合金成分为硅、铁、镁、钛、铜和锌中的一种或多种。选用这样的铝合金，能够达到更好的脱除氢气效果。

作为优化，所述惰性气体为氩气。选择氩气能够更好地排出空气，提供更好的惰性环境，保证铝合金不被氧化。

作为优化，步骤1）中温度为700℃。铝合金在该温度下能够充分熔化为熔体，同时又能避免使用过高加热温度浪费能源的问题。

作为优化，步骤1）中加热时间为30 min，保温时间为10 min。在该加热时间和保温时间下，铝合金既能充分熔化，又不会浪费能源。

作为优化，步骤2）中控制吹气搅拌的吹气深度距铝合金熔体底部2cm。这样，能够更有利于铝合金熔体中氢原子结合形成氢气，并能促进熔体充分搅拌。

作为优化，步骤2）中气流量为100 mL/s。这样，更有利于氢原子结合形成氢气，且能在铝合金熔体内产生合适数量的气泡，促使铝熔体中的氢气充分进入气泡内，逸向液面。

作为优化，步骤2）中控制定向凝固的下拉速度为100 μm/s。选择该下拉速度，可以达到合适的凝固速率，利用氢在液固两相的溶解度不同，使铝合金中的氢充分地富集在液相中，达到更好的脱除氢气的效果。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明在常压下结合吹气搅拌和定向凝固处理，加速了铝合金熔体中氢原子结合成氢气，继而进入吹气形成的气泡中，逸向液面，并通过对铝合金熔体进行定向凝固处理，利用氢在铝合金固液两相中的溶解度不同，达到良好的脱氢效果。经检测采用本发明方法除氢率高于90%，获得的铝合金气孔率低于0.15%，抗拉强度提升90%以上。

2、本发明方法工艺流程短，易于操作，且操作过程中使用的设备均为工业通用设备，成本低，可推广性强。

3、本发明方法经济效益高，具有良好的市场前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程，来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施例。

实施例1 一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法，包括如下步骤：

1）预处理：采用硅含量11%、余量为铝的铝合金为原料，在氩气的气氛下，加热使炉内的铝合金原料熔化，得到铝合金熔体；其中，控制熔炼炉内压力为常压，温度为700℃，加热时间为30 min，保温时间10 min。

2）吹气搅拌定向凝固处理：采用从上往下吹入氩气的方式，对步骤1）铝合金熔体进行搅拌，同时控制反应装置，使熔体向下进行定向凝固处理，将熔体冷却至液相线温度，获得高品质铝合金。其中，控制吹气深度离熔体底部2 cm，气流量为100 mL/s，控制下拉速度为100 μm/s。

采用本实施例方法除氢率为91.3%，所获得高品质的铝合金气孔率为0.10%，抗拉强度提升93.1%。

实施例2 一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法，包括如下步骤：

1）预处理：采用硅含量9%、铜含量1.5%，镁含量0.5%、钛含量0.2%、余量为铝的铝合金为原料，在氮气的气氛下，加热使炉内的铝合金原料熔化，得到铝合金熔体；其中，控制熔炼炉内压力为常压、温度为600℃，加热时间为35 min，保温时间20 min。

2）吹气搅拌定向凝固处理：采用从上往下吹入氩气的方式，对步骤1）铝合金熔体进行搅拌，同时控制反应装置，使熔体向下进行定向凝固处理，将熔体冷却至液相线温度，获得高品质铝合金；其中，控制吹气深度离熔体底部5 cm，气流量为500 mL/s，控制下拉速度为500 μm/s。

采用本实施例方法除氢率为90.1%，所获得高品质的铝合金气孔率为0.14%，抗拉强度提升91.0%。

实施例3 一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法，包括如下步骤：

1）预处理：采用硅含量7%、铜含量2%，镁含量0.3%、余量为铝的铝合金为原料，在氩气的气氛下，加热使炉内的铝合金原料熔化，得到铝合金熔体；其中，控制熔炼炉内压力为常压，温度为800℃，加热时间为20 min，保温时间25 min。

2）吹气搅拌定向凝固处理：采用从上往下吹入氩气的方式，对步骤1）铝合金熔体进行搅拌，同时控制反应装置，使熔体向下进行定向凝固处理，将熔体冷却至液相线温度，获得高品质铝合金；其中，控制吹气深度离熔体底部4 cm，气流量为1000 mL/s，控制下拉速度为300 μm/s。

采用本实施例方法除氢率为90.8%，所获得高品质的铝合金气孔率为0.12%，抗拉强度提升92.3%。

实施例4 一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法，包括如下步骤：

1）预处理：采用硅含量8%、铜含量1.8%、镁含量0.4%，余量为铝的铝合金为原料，在氩气的气氛下，加热使炉内的铝合金原料融化，得到铝合金熔体；其中，控制炉内压力为常压，温度为700℃，加热时间为10 min，保温时间为10 min。

2）吹气搅拌定向凝固处理：采用从上往下吹入氩气的方式，对步骤1）铝合金熔体进行搅拌，同时控制反应装置，使熔体向下进行定向凝固处理，将熔体冷却至液相线温度，获得高品质铝合金；其中，控制吹气深度离熔体底部3 cm，气流量为100 mL/s，控制下拉速度为200 μm/s。

采用本实施例方法除氢率为91%，所获得高品质的铝合金气孔率为0.11%，抗拉强度提升92.6%。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）预处理：将铝合金原料置于熔炼炉内，在氮气或惰性气体的气氛下，加热使炉内的铝合金原料熔化，得到铝合金熔体；其中，控制熔炼炉内压力为常压，温度为550～2000℃，加热时间为30 min，保温时间为10 min；所述铝合金原料为硅含量9%、铜含量1.5%、镁含量0.5%、钛含量0.2%、余量为铝的铝合金或硅含量11%、余量为铝的铝合金；

2）吹气搅拌定向凝固处理：采用从上往下吹入氮气或惰性气体的方式，对步骤1）所述铝合金熔体进行吹气搅拌，同时进行向下定向凝固处理，将铝合金熔体冷却至液相线温度，达到脱气作用，获得高纯铝合金；其中，控制吹气搅拌的吹气深度距铝合金熔体底部2cm，气流量为100 mL/s，控制定向凝固的下拉速度为1～12000 μm/s。

2.根据权利要求1所述吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。

3.根据权利要求1所述吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法，其特征在于，步骤1）中温度为700℃。

4. 根据权利要求1所述吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法，其特征在于，步骤2）中控制定向凝固的下拉速度为100 μm/s。