CN105316512B - 一种含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂，包括A料和B料，其中，所述A料包括以下重量份的原料：KCl50～60份，K2CO320～25份，LiCl10～15份，AlF330～35份，氟铝酸钾10～12份，CaF25～10份，碳粉5～10份，轻质碳酸钙15～25份，CaO2～8份；所述B料由C2Cl6、TiO2与金属按重量比5:1.5～2:1～1.5组成，所述金属为包含Mg、La、Er和Zr的混合金属；A料和B料配合使用，重量比为2～3:1。使用本发明的精炼剂，在精炼的过程中不会引入杂质钠，且加入了Mg、La、Er和Zr元素，对铝合金组织起到变质和细化作用，提高了合金的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金熔炼加工领域，特别是一种含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂。
背景技术
在铝合金熔体中主要存在气体杂质和固体杂质两类。气体杂质包括N2、H2、O2三种气体元素，其中H2占所含杂质气体的80％以上。而气体元素在铝合金中，主要以针状气泡、气体夹杂、氢化物、固态化合物、以原子或分子的形式存在于合金原子间或晶格及间隙中，形成气孔、气眼等缺陷。往往是造成合金缺陷、断裂的根源，严重影响铝合金的性能和质量，对抗拉强度影响最为突出。固体杂质主要包括氧化物、氮化物、硫化物、氯化物、氟化物、硅酸盐等。如果在熔炼过程中加料、搅拌、通气、扒渣等操作不合理就会使微小的氧化渣悬浮于熔体中，这些悬浮在熔体中的氧化渣由于大小、密度不同，使其以不同的速度和方向不断运动、相互摩擦，吸附集聚成较大的网状或链状颗粒，最终造成氧化渣粗化。其中界面能大的就与熔体分开而被拔除或过滤掉；相反，界面能小的就溶于熔体中存在于枝晶间、晶体内部和晶体界面处，成为疲劳裂纹源甚至成为断裂源，从而影响材料的使用寿命。
铝及铝合金熔体净化方法有过滤净化、非吸附净化和吸附净化大类。其中过滤净化处理量小，需定期更换过滤介质，运行成本较高；非吸附净化主要有真空净化法、超声波净化法和电磁净化法，但设备投资大，运行成本高；吸附净化主要有气体精炼法和精炼剂净化法，其中精炼剂净化法由于易于操作，价格低廉，净化效果好等优点，在实际生产中得到了广泛应用。
目前，我国公开的精炼剂中一般都含有氯化钠、氟铝酸钠、碳酸钠、硫酸钠、氟化钠和氟硅酸钠等钠盐的一种或多种，如申请公布号为CN 103255305 A的专利公开了一种铝合金用高效精炼剂，组分为：NaCl:20-45％、KCl:25-30％、CaF2:1-5％、Na2SO4:1-5％、Na3AlF6:15-43％，这种钠盐的使用，会在铝镁、铝铜、铝锂系合金中引入钠，从而产生“钠脆”现象。
发明内容
本发明提供了一种含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂，不含有钠盐成分，且具有良好的精炼效果。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂，包括A料和B料，其中，所述A料包括以下重量份的原料：KCl50～60份，K2CO320～25份，LiCl10～15份，AlF330～35份，氟铝酸钾10～12份，CaF25～10份，碳粉5～10份，轻质碳酸钙15～25份，CaO2～8份；所述B料由C2Cl6、TiO2与金属按重量比5:1.5～2:1～1.5组成，所述金属为包含Mg、La、Er和Zr的混合金属；A料和B料配合使用，重量比为2～3:1。
优选的，所述B料中，各金属按以下重量份配比：Mg60～70份，La 10～18份，Er10～18份，Zr5～9份。
优选的，所述A料包括以下重量份的原料：KCl55份，K2CO322份，LiCl12份，AlF333份，氟铝酸钾11份，CaF28份，碳粉8份，轻质碳酸钙20份，CaO 6份。
更优选的，所述B料中，各金属按以下重量份配比：Mg65份，La 15份，Er15份，Zr7份。
优选的，所述A料与B料的重量配比为2.5:1。
优选的，所述B料由C2Cl6、TiO2与金属按重量比5:1.8:1.2组成。
一种含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂的使用方法，包括以下步骤：
S1、在熔炼炉的温度升至650-690℃时，喷入A料，加入量为0.1～3g/kg熔液，充分搅拌、扒渣；
S2、当熔炼炉的温度上升至780-810℃时，按比例喷入B料，充分搅拌、扒渣；
S3、按常规工艺静置保温，然后浇注、冷却和热处理。
上述组分原料分别起到的作用为：
KCl：对固态Al2O3、夹杂物和氧化膜有很强的浸润能力，且在熔炼温度下KCl的比重只有l.50g/cm3，大大小于铝合金熔液的比重，可很好地铺展在铝合金熔液表面，破碎和吸附熔体表面的氧化膜；
LiCl：氯化物，表面张力小，润湿性好，与KCl配合使用；
K2CO3：脱硫剂和发泡物质，还可起到助熔的作用；
AlF3和氟铝酸钾：主要起精炼作用，如吸附、溶解Al2O3；氟盐还能有效地去除熔体表面的氧化膜，提高除气效果；
CaF2:增加熔融熔剂的流动性，还能有效地去除熔体表面的氧化膜，提高除气效果，增大混合熔盐的表面张力，使已吸附氧化物的熔盐球状化，便于与熔体分离，减少固熔渣夹裹铝而造成的损耗。
轻质碳酸钙：优质的发泡剂，脱硫剂；
碳粉：脱氧剂，且碳粉的加入能延长发泡的时间，使精炼效果更好；
CaO：可调节渣碱度，脱硫剂；
C2Cl6：吸湿性低，使用方便，精炼效果好，且有晶粒细化作用；
Mg、La、Er和Zr：对铝合金熔液具有很好的变质效果，可明显减小晶粒尺寸，提高铝制品的均匀性；且La、Er的稀土单质能置换和吸附熔体中杂质氢成络合物REH2或REH3达到除气的作用；还能提高粉体的重度。
本发明的无钠精炼剂用于精炼铝合金时，配合使用氮气或氩气吹入熔炉中，并分两次喷入不同的原料，不仅能够获得较好的除氢效果，而且对铝合金组织起到变质和细化作用，其优点包括：
(1)在精炼的过程中不会引入杂质钠，且加入了Mg、La、Er和Zr元素，对铝合金组织起到变质和细化作用，提高了合金的力学性能；尤其是Zr和Er的加入，Er与H2、S等杂质元素具有很强的化学亲和力，可以与各种杂质元素形成化合物，消除有害杂质的影响；Zr和Er协调作用能够有效减小铝合金的枝晶间距，细化铸态晶粒；
(2)除氢效果明显，H含量能降到大约0.10～0.16ml/100gAl的水平；
(3)可充分去除熔体中的氧化物夹杂，除渣率可达到90％以上；
(4)该铝合金熔液用于浇注铝合金锭，所得铝合金锭断口组织致密，没有熔渣及夹杂物。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围和应用范围不限于以下实施例：
实施例1
一种含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂，包括A料和B料，其中，A料包括以下重量份的原料：KCl55份，K2CO322份，LiCl12份，AlF333份，氟铝酸钾11份，CaF28份，碳粉8份，轻质碳酸钙20份，CaO 6份；B料由C2Cl6、TiO2与金属按重量比5:1.8:1.2组成，各金属按以下重量份配比：Mg65份，La 15份，Er15份，Zr7份；A料和B料按重量比2.5:1进行配料。
上述含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂的使用方法，包括以下步骤：
S1、在熔炼炉的温度升至650-670℃时，喷入A料，加入量为2.5g/kg熔液，充分搅拌、扒渣；
S2、当熔炼炉的温度上升至780-800℃时，喷入B料，加入量为1g/kg熔液，充分搅拌、扒渣；
S3、按常规工艺静置保温，然后浇注、冷却和热处理。
使用上述含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂精炼铝合金时，铝熔体的H含量能降到大约0.10～0.13ml/100gAl的水平；可充分去除熔体中的氧化物夹杂，除渣率可达到93％以上；该铝合金熔液浇注成铝合金锭，所得铝合金锭断口组织致密，没有熔渣及夹杂物。
实施例2
一种含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂，包括A料和B料，其中，A料包括以下重量份的原料：KCl50份，K2CO320份，LiCl10份，AlF335份，氟铝酸钾12份，CaF210份，碳粉10份，轻质碳酸钙25份，CaO 8份；B料由C2Cl6、TiO2与金属按重量比5:1.5:1.5组成，各金属按以下重量份配比：Mg70份，La 10份，Er10份，Zr5份；A料和B料按重量比2:1进行配料。
上述含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂的使用方法，包括以下步骤：
S1、在熔炼炉的温度升至650-670℃时，喷入A料，加入量为0.2g/kg熔液，充分搅拌、扒渣；
S2、当温度上升至780-800℃时，喷入B料，加入量为0.1g/kg熔液，充分搅拌、扒渣；
S3、按常规工艺静置保温，然后浇注、冷却和热处理。
使用上述含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂精炼铝合金时，铝熔体的H含量能降到大约0.14～0.16ml/100gAl的水平；可充分去除熔体中的氧化物夹杂，除渣率可达到90％以上；该铝合金熔液浇注成铝合金锭，所得铝合金锭断口组织致密，没有熔渣及夹杂物。
实施例3
一种含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂，包括A料和B料，其中，A料包括以下重量份的原料：KCl60份，K2CO325份，LiCl15份，AlF330份，氟铝酸钾10份，CaF25份，碳粉5份，轻质碳酸钙15份，CaO 2份；B料由C2Cl6、TiO2与金属按重量比5:2:1组成，各金属按以下重量份配比：Mg60份，La 18份，Er18份，Zr9份；A料和B料按重量比3:1进行配料。
上述含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂的使用方法，包括以下步骤：
S1、在熔炼炉的温度升至650-670℃时，喷入A料，加入量为3g/kg熔液，充分搅拌、扒渣；
S2、当熔炼炉的温度上升至780-800℃时，喷入B料，加入量为1g/kg熔液，充分搅拌、扒渣；
S3、按常规工艺静置保温，然后浇注、冷却和热处理。
使用上述含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂精炼铝合金时，铝熔体的H含量能降到大约0.10～0.14ml/100gAl的水平；可充分去除熔体中的氧化物夹杂，除渣率可达到92％以上；该铝合金熔液浇注成铝合金锭，所得铝合金锭断口组织致密，没有熔渣及夹杂物。
Claims (4)
1.一种含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂，其特征在于：
所述精炼剂包括A料和B料，其中，所述A料包括以下重量份的原料：KCl55份，K2CO322份，LiCl12份，AlF333份，氟铝酸钾11份，CaF28份，碳粉8份，轻质碳酸钙20份，CaO 6份；所述B料由C2Cl6、TiO2与金属按重量比5:1.5～2:1～1.5组成，所述金属为包含Mg、La、Er和Zr的混合金属；各金属按以下重量份配比：Mg60～70份，La 10～18份，Er10～18份，Zr5～9份；A料和B料配合使用，重量比为2～3:1；
所述的含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂的使用方法，包括以下步骤：
S1、在熔炼炉的温度升至650-690℃时，喷入A料，加入量为0.1～3g/kg熔液，充分搅拌、扒渣；
S2、当熔炼炉的温度上升至780-810℃时，按比例喷入B料，充分搅拌、扒渣；
S3、按常规工艺静置保温，然后浇注、冷却和热处理；
所述无钠精炼剂用于精炼铝合金时，配合使用氮气或氩气吹入熔炉中。
2.根据权利要求1所述的含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂，其特征在于：
所述B料中，各金属按以下重量份配比：Mg65份，La 15份，Er15份，Zr7份。
3.根据权利要求1所述的含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂，其特征在于：
所述A料与B料的重量配比为2.5:1。
4.根据权利要求1所述的含镧铒锆的铝合金无钠精炼剂，其特征在于：
所述B料由C2Cl6、TiO2与金属按重量比5:1.8:1.2组成。
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