CN105525118A - 一种配比合理的铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配比合理的铝合金材料，其特征在于，由下列各成分按质量百分比组成：硅4-5、锌0.55-0.6、镁0.2-0.25、球墨铸铁粉0.3-0.35、锡0.45-0.5、镍0.45-0.5、纳米二氧化硅2、废铝中间合金粉45-50、钛0.1-0.2、余量为铝；本发明采用废铝屑与锰、铜、铬等元素熔炼制成废铝中间合金粉，替代部分新铝作为主要元素，可以提高合金的强度以及耐磨性；在熔炼过程中添加多孔材质的精炼剂，利于形成负压，能够充分的与金属液中气体进行反应，从而达到脱气的效果，同时可分离、分解渣中杂质，而且安全无毒；本发明制得的铝合金具有良好的高温强度，可用于制作发动机气缸盖。

Description

一种配比合理的铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金领域，特别是一种配比合理的铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铸造铝合金具有比容小、强度高、铸造成形性好和加工性能优良、膨胀系数小和流动性好等一系列优点，被广泛应用于汽车、航空、航天以及家电等行业中。目前国内外大部分轿车发动机缸体、缸盖已基本采用高强度铝合金生产，因为汽车的重量每降低，其耗油量能够降低0.6％-1％。为了降低燃料消耗，同时也为了减少汽车尾气排放对大气环境的污染，减轻汽车自重是一个重要的措施。因此，汽车铸件不断被轻质铝铸件取代已成为发展趋势。被用作轿车发动机缸体缸盖的材料主要有国内的ZL101、ZL104、ZL702A合金及美国的328.0，法国的A-S5U3，日本的A4CB铝合金等。虽然传统牌号的铝硅合金在普通使用性能上已经能满足使用要求，但是当零件处于复杂的应力状态时，往往存在许多不足之处。如ZL101虽然合金成分简单，但其力学性能不高，只能用于强度要求不高的零件；ZL104的耐热性比较差等，因此对铸造铝合金的研究和开发具有重要的应用意义。
铝及其合金在国民经济中的地位和作用仅次于钢球墨铸铁粉，其用量和范围日益扩大。原铝已不能满足社会的需要，一方面是铝土矿的日益枯竭，另一方面是铝的冶炼消耗大量能源，加剧能源危机。所以，有效地回收和利用铝加工行业的各种废料和使用报废的零件就显得尤其重要。废铝是一种有高度回收与利用价值的金属，首先铝是一种第三资源，在冶炼铝的过程中要消耗大量的能源，我国目前电解铝的平均直流电耗约为14500kWh/t，世界上最先进的指标己达13000kWh/t，而熔化废铝的能耗很低，仅相当于电解铝的5％左右；铝是一种抗蚀性很强的金属，腐蚀损失量少，废铝重熔时实收率相当高，回收价值高，可无限次的被回收利用，因此废铝的利用不仅会节约能源，还能降低生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配比合理的铝合金材料及其制备方法。本发明采用废铝屑与锰、铜、铬等元素熔炼制成废铝中间合金粉，替代部分新铝作为主要元素，可以提高合金的强度以及耐磨性，而且使用废铝屑成分，降低生产成本。本发明通过研究，优化铝合金成分以及采用科学合理的工艺，熔炼过程简单易操作，工艺上不需要复杂的操作设备，制成的铝合金性能好，适合制作发动机缸盖。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种配比合理的铝合金材料，由下列各成分按质量百分比组成：硅4-5、锌0.55-0.6、镁0.2-0.25、球墨铸铁粉0.3-0.35、锡0.45-0.5、镍0.45-0.5、纳米二氧化硅2-3、废铝中间合金粉45-50、钛0.1-0.2、余量为铝；
所述废铝中间合金粉由下列重量份的原料制成：废铝屑60-65、锰15-18、铜10-12、铬6-8、锆7-9、石墨粉2-3、氯化钠1.5-2、冰晶石粉1-1.5；制备方法为：(1)将废铝屑先用永久磁铁吸出其中的铁制品，然后用铁网筛筛掉其中的尘土和砂子，再用清洁剂除去表面的油渍，最后放入烘箱烘干水分待用；(2)将表面处理后的废铝加入坩埚电阻炉中，升温至850℃直至全部熔化，然后降温至760℃-770℃时用钟罩压入铜、锰，保温30分钟，继续调节炉温至740℃-750℃，压入铬、锆，搅拌均匀后保温静置20分钟；(3)当炉温达到730℃时，将石墨粉、氯化钠、冰晶石粉加入到金属液中，搅拌均匀后静置，保温静置40分钟；(4)扒去浮渣后将金属液浇入气体雾化制粉设备中，制备成粒径在100μm以下的粉末即得。
本发明所述一种配比合理的铝合金材料，由以下具体步骤制备而成：
(1)将除废铝中间合金粉、球墨铸铁粉之外的所有成分各自制成细粉备用，将所有工具和模具在250℃条件下进行与热处理，备用；
(2)将铝粉加入坩埚电阻炉中，升温至铝粉完全熔化后迅速升温至820℃，然后将纳米二氧化硅与硅粉混合后用钟罩将分两次压入铝液并且轻轻搅拌，直至全部熔化后迅速降低炉温，在760℃-780℃时压入废铝中间合金粉，保温40-60分钟，继续调节炉温至730℃-740℃，压入其余剩余成分，搅拌均匀后保温静置30分钟；
(3)将占金属液质量2-3％的精炼剂用钟罩压入金属液中间高度处，缓慢作圆周并成倾斜运动，使金属液均匀翻滚，作用时间约7-9分钟，静止3分钟后，再通过氩气进行精炼6-8分钟，静置20分钟，再进行扒渣，扒渣后取样分析；
(4)将成分合格的合金液静置10-20分钟后，将合金液浇入已预热的模具中，冷却后取出，采用T6热处理工艺(工艺条件为：固溶处理为500℃，5.5小时，时效处理为180℃，5小时)进行热处理，最后得到本发明产品。
本发明所述的一种配比合理的铝合金材料的制备方法，所述精炼剂由下列重量份的原料制成：氟化钠13-16、硝酸钠18-22、碳粉9-11、三氧化二硼9-10、氟钛酸钾15-18、碳酸氢钠10-13、六氟铝酸钠2-4、氯化钠8-10、轻质耐火砖6-8；制备方法为：(1)将氟化钠、硝酸钠、氯化钠、氟钛酸钾混合均匀后放入高温电炉中熔化，然后冷却凝固，再破碎成200目混合粉末A；(2)将轻质耐火砖破碎后与除碳酸氢钠之外的其余剩余成分共同放入粉碎机中粉碎成200目混合粉末B待用；(3)将混合粉末A与混合粉末B混合，加入碳酸氢钠后放入挤出造粒机中造粒；(4)将颗粒在烘箱中干燥120-150分钟，温度控制在230-240℃，冷却后取出即得。
本发明的有益效果是：本发明采用废铝屑与锰、铜、铬等元素熔炼制成废铝中间合金粉，替代部分新铝作为主要元素，可以提高合金的强度以及耐磨性，而且使用废铝屑成分，降低生产成本；在熔炼过程中添加多孔材质的精炼剂，利于形成负压，能够充分的与金属液中气体进行反应，从而达到脱气的效果，同时分离金属渣中材质，并分解渣中杂质，而且安全无毒；本发明制得的铝合金具有良好的高温强度，可用于制作发动机气缸盖。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
一种配比合理的铝合金材料，由下列各成分按质量百分比组成：硅4、锌0.55、镁0.2、球墨铸铁粉0.3、锡0.45、镍0.45、纳米二氧化硅2、废铝中间合金粉45、钛0.1、余量为铝；
所述废铝中间合金粉由下列重量份(公斤)的原料制成：废铝屑60、锰15、铜10、铬6、锆7、石墨粉2、氯化钠1.5、冰晶石粉1；制备方法为：(1)将废铝屑先用永久磁铁吸出其中的铁制品，然后用铁网筛筛掉其中的尘土和砂子，再用清洁剂除去表面的油渍，最后放入烘箱烘干水分待用；(2)将表面处理后的废铝加入坩埚电阻炉中，升温至850℃直至全部熔化，然后降温至760℃-770℃时用钟罩压入铜、锰，保温30分钟，继续调节炉温至740℃-750℃，压入铬、锆，搅拌均匀后保温静置20分钟；(3)当炉温达到730℃时，将石墨粉、氯化钠、冰晶石粉加入到金属液中，搅拌均匀后静置，保温静置40分钟；(4)扒去浮渣后将金属液浇入气体雾化制粉设备中，制备成粒径在100μm以下的粉末即得。
本发明所述一种配比合理的铝合金材料，由以下具体步骤制备而成：
(1)将除废铝中间合金粉、球墨铸铁粉之外的所有成分各自制成细粉备用，将所有工具和模具在250℃条件下进行与热处理，备用；
(2)将铝粉加入坩埚电阻炉中，升温至铝粉完全熔化后迅速升温至820℃，然后将纳米二氧化硅与硅粉混合后用钟罩将分两次压入铝液并且轻轻搅拌，直至全部熔化后迅速降低炉温，在760℃-780℃时压入废铝中间合金粉，保温40分钟，继续调节炉温至730℃-740℃，压入其余剩余成分，搅拌均匀后保温静置30分钟；
(3)将占金属液质量3％的精炼剂用钟罩压入金属液中间高度处，缓慢作圆周并成倾斜运动，使金属液均匀翻滚，作用时间约7分钟，静止3分钟后，再通过氩气进行精炼6分钟，静置20分钟，再进行扒渣，扒渣后取样分析；
(4)将成分合格的合金液静置10分钟后，将合金液浇入已预热的模具中，冷却后取出，采用T6热处理工艺(工艺条件为：固溶处理为500℃，5.5小时，时效处理为180℃，5小时)进行热处理，最后得到本发明产品。
本发明所述的一种配比合理的铝合金材料的制备方法，所述精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成：氟化钠13、硝酸钠18、碳粉9、三氧化二硼9、氟钛酸钾15、碳酸氢钠10、六氟铝酸钠2、氯化钠8、轻质耐火砖6；制备方法为：(1)将氟化钠、硝酸钠、氯化钠、氟钛酸钾混合均匀后放入高温电炉中熔化，然后冷却凝固，再破碎成200目混合粉末A；(2)将轻质耐火砖破碎后与除碳酸氢钠之外的其余剩余成分共同放入粉碎机中粉碎成200目混合粉末B待用；(3)将混合粉末A与混合粉末B混合，加入碳酸氢钠后放入挤出造粒机中造粒；(4)将颗粒在烘箱中干燥120分钟，温度控制在230-240℃，冷却后取出即得。
将本发明产品加工成直径为6mm的标准拉伸试样，与ZL702A型铝合金进行比较，根据GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》和GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验方法》测试室温性能和250℃下的高温性能，高温性能测试20分钟，结果如下表：

Claims (3)

1.一种配比合理的铝合金材料，其特征在于，由下列各成分按质量百分比组成：硅4-5、锌0.55-0.6、镁0.2-0.25、球墨铸铁粉0.3-0.35、锡0.45-0.5、镍0.45-0.5、纳米二氧化硅2-3、废铝中间合金粉45-50、钛0.1-0.2、余量为铝；
所述废铝中间合金粉由下列重量份的原料制成：废铝屑60-65、锰15-18、铜10-12、铬6-8、锆7-9、石墨粉2-3、氯化钠1.5-2、冰晶石粉1-1.5；制备方法为：（1）将废铝屑先用永久磁铁吸出其中的铁制品，然后用铁网筛筛掉其中的尘土和砂子，再用清洁剂除去表面的油渍，最后放入烘箱烘干水分待用；（2）将表面处理后的废铝加入坩埚电阻炉中，升温至850℃直至全部熔化，然后降温至760℃-770℃时用钟罩压入铜、锰，保温30分钟，继续调节炉温至740℃-750℃，压入铬、锆，搅拌均匀后保温静置20分钟；（3）当炉温达到730℃时，将石墨粉、氯化钠、冰晶石粉加入到金属液中，搅拌均匀后静置，保温静置40分钟；（4）扒去浮渣后将金属液浇入气体雾化制粉设备中，制备成粒径在100μm以下的粉末即得。
2.根据权利要求1所述一种配比合理的铝合金材料，其特征在于，由以下具体步骤制备而成：
（1）将除废铝中间合金粉、球墨铸铁粉之外的所有成分各自制成细粉备用，将所有工具和模具在250℃条件下进行与热处理，备用；
（2）将铝粉加入坩埚电阻炉中，升温至铝粉完全熔化后迅速升温至820℃，然后将纳米二氧化硅与硅粉混合后用钟罩将分两次压入铝液并且轻轻搅拌，直至全部熔化后迅速降低炉温，在760℃-780℃时压入废铝中间合金粉，保温40-60分钟，继续调节炉温至730℃-740℃，压入其余剩余成分，搅拌均匀后保温静置30分钟；
（3）将占金属液质量2-3%的精炼剂用钟罩压入金属液中间高度处，缓慢作圆周并成倾斜运动，使金属液均匀翻滚，作用时间约7-9分钟，静止3分钟后，再通过氩气进行精炼6-8分钟，静置20分钟，再进行扒渣，扒渣后取样分析；
（4）将成分合格的合金液静置10-20分钟后，将合金液浇入已预热的模具中，冷却后取出，采用T6热处理工艺（工艺条件为：固溶处理为500℃，5.5小时，时效处理为180℃，5小时）进行热处理，最后得到本发明产品。
3.根据权利要求2所述的一种配比合理的铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述精炼剂由下列重量份的原料制成：氟化钠13-16、硝酸钠18-22、碳粉9-11、三氧化二硼9-10、氟钛酸钾15-18、碳酸氢钠10-13、六氟铝酸钠2-4、氯化钠8-10、轻质耐火砖6-8；制备方法为：（1）将氟化钠、硝酸钠、氯化钠、氟钛酸钾混合均匀后放入高温电炉中熔化，然后冷却凝固，再破碎成200目混合粉末A；（2）将轻质耐火砖破碎后与除碳酸氢钠之外的其余剩余成分共同放入粉碎机中粉碎成200目混合粉末B待用；（3）将混合粉末A与混合粉末B混合，加入碳酸氢钠后放入挤出造粒机中造粒；（4）将颗粒在烘箱中干燥120-150分钟，温度控制在230-240℃，冷却后取出即得。
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