CN106591617A - 用于铝合金的锰添加剂及其制备方法 - Google Patents

用于铝合金的锰添加剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于铝合金的锰添加剂及其制备方法。该添加剂包括锰粉、TiAl3粉、铝粉和助熔剂，上述原料混合均匀后制成块状；制得的块状锰添加剂在铝合金熔炼时进行添加。该添加剂具有锰添加剂以及细化剂的双重功效。其中，TiAl3组分直接添加到铝原料中并快速溶解，并形成异质形核核心，以达到初步细化晶粒的目的。该方法包括将锰、铝、TiAl3和助溶剂进行破碎、粉碎制成粉状；将上述粉状原料混合均匀；将混合后的原料压制成块状。

Description

用于铝合金的锰添加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金冶炼技术领域，更具体地，本发明涉及一种具有细化晶粒作用的用于铝合金的锰添加剂及其制备方法。
背景技术
在铝及铝合金生产中, 金属添加剂已得到广泛应用。目前使用量最大的为锰添加剂，锰是铝合金中的重要元素，能显著细化再结晶晶粒，并能溶解杂质铁以减小铁的有害影响。
铝合金晶粒细化可以给铝合金带来一系列的好处，比如：改善铸件表面质量及机械性能；使铸件得到细小的等轴晶；改善凝固时的补缩能力，提高铸件致密度；减少铸件冷隔消除羽毛晶和柱状晶；减少铸造疏松和裂纹；改善内部冶金质量及铸件外观等。熔炼铝合金时为达到细化晶粒的目的会向铝水中添加细化剂，目前应用较普遍的做法是在线加入法，即在静止炉与连铸机间流槽内合适位置使用喂线机定量加入。但使用此法细晶效果不稳定。
此外，熔炼铝合金时元素添加剂（例如锰剂等）和晶粒细化剂采用分别加入的方式，熔炼工艺复杂，增加了熔炼工序。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于铝合金熔炼的锰添加剂，以解决现有铝合金冶炼工艺中细化效果不稳定，并且冶炼工序复杂的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种用于铝合金的锰添加剂。该添加剂包括锰粉、TiAl3粉、铝粉和助熔剂，上述原料混合均匀后制成块状；制得的块状锰添加剂在铝合金熔炼时进行添加。
优选的是，所述锰粉为75-85份，所述铝粉为3-8份，所述TiAl3粉为2-10份，所述助溶剂为5-15份，上述份数为质量份数。
优选的是，所述TiAl3粉为经热压烧结并且球磨后制作而成。
优选的是，所述锰粉、所述TiAl3粉、所述铝粉和所述助熔剂在真空条件或者惰性气体保护条件下经破碎、粉碎制作而成。
优选的是，所述锰粉的含量为99.7%以上，所述铝粉的含量为99.0%以上。
优选的是，所述锰粉、所述铝粉和所述TiAl3粉三者中至少一种的粒度范围为0.15mm-0.55mm。
优选的是，所述助熔剂为氯化钾、氟化钙、氟硼酸钾、氟铝酸钠、氯化钡、氯化镁、氟钛酸钾、氯化钠和二氧化锰的至少一种。
优选的是，制得的锰添加剂为圆饼状、椭圆饼状或者橄榄球状。
优选的是，制得的锰添加剂的密度为3.7-4.5g/cm3。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于铝合金的锰添加剂的制备方法。该方法包括：将锰、铝、TiAl3和助溶剂进行破碎、粉碎制成粉状；将上述粉状原料混合均匀；将混合后的原料压制成块状。
该添加剂具有锰添加剂以及细化剂的双重功效。其中，TiAl3组分直接添加到铝原料中并快速溶解，并形成异质形核核心，以达到初步细化晶粒的目的。
此外，该添加剂在熔炼时加入TiAl3组分达到初步细化的作用，可减少其他细化剂，例如在线加入铝钛硼晶粒细化剂的使用量，节省成本。
此外，该添加剂具有熔化温度低、熔化速度快、产品实收率高的优点。
此外，该添加剂可减少铝的烧损、降低汽泡率、减少枝晶偏析和显微裂纹等现象。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
图1：本发明实施例的锰添加剂制备方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明提供了一种用于铝合金的锰添加剂。该添加剂包括锰粉、TiAl3粉、铝粉和助熔剂，上述原料经混合均匀后制成块状。制得的块状锰添加剂在铝合金熔炼时进行添加。
该添加剂具有锰添加剂以及细化剂的双重功效。其中，TiAl3组分直接添加到铝原料中并快速溶解，并形成异质形核核心，以达到初步细化晶粒的目的。
此外，该添加剂在熔炼之前加入而非熔炼过程中在线加入，简化了熔炼工艺。
此外，该添加剂可减少其他细化剂，例如铝钛硼晶粒细化剂的使用量，节省成本。
此外，该添加剂具有熔化温度低、熔化速度快、产品实收率高的优点。
此外，该添加剂可减少铝的烧损、降低汽泡率、减少枝晶偏析和显微裂纹等现象。
需要强调的是，本发明的锰添加剂同时作为初步细化剂使用，在铝合金熔炼时添加到铝原料中去。其他的细化剂，后续再添加。通过提前加入该添加剂，使铝合金得到初步的细化，从而大大减少了后续过程中添加细化剂的量。并且得到了超过传统工艺的细化效果，推动了铝合金冶炼工艺的技术进步。
在一个例子中，锰添加剂中的各种组分的含量为：锰粉的质量分数为75-85份，铝粉的质量分数为3-8份，TiAl3粉的质量分数为2-10份，助溶剂的质量分数为5-15份，上述份数为质量份数。上述组分含量制得的锰添加剂具有更佳的细化效果。可以达到更快的熔化速度以及更低的熔化温度并且显著增强铝的机械性能。
在一个例子中，TiAl3粉为经热压烧结并且球磨后制作而成。这种方法制的TiAl3粉纯度高并且具有更高的活性，从而在熔炼过程中更利于形成异质形核核心，大大提高了细化效果。
在一个例子中，锰粉、TiAl3粉、铝粉和助熔剂在真空条件或者惰性气体保护条件下经破碎、粉碎制作而成。真空条件或者惰性气体保护条件下，可以防止在破碎过程或者粉碎过程中原料被过度氧化而降低活性。
进一步优选的是，锰粉的含量为99.7%以上，铝粉的含量为99.0%以上。上述含量的原料具有杂质少，纯度高的特点，可以使添加剂的活性更高，从而使细化效果更佳。
在一个例子中，锰粉、铝粉和TiAl3粉三者中至少一种的粒度范围为0.15mm-0.55mm。
例如，锰粉的粒度范围为0.15mm-0.55mm，其余组分的粒度范围根据实际情况而定，只要能使各种粉料能更好的填充并混合均匀即可。
例如，铝粉的粒度范围为0.15mm-0.55mm，其余组分的粒度范围根据实际情况而定，只要能使各种粉料能更好的填充并混合均匀即可。
例如，TiAl3粉的粒度范围为0.15mm-0.55mm，其余组分的粒度范围根据实际情况而定，只要能使各种粉料能更好的填充并混合均匀即可。
例如，锰粉、铝粉和TiAl3粉三者中的两种的粒度范围为0.15mm-0.55mm，其余组分的粒度范围根据实际情况而定，只要能使各种粉料能更好的填充并混合均匀即可。
例如，锰粉、铝粉和TiAl3粉三者的粒度范围均为0.15mm-0.55mm，其余组分的粒度范围根据实际情况而定，只要能使各种粉料能更好的填充并混合均匀即可。
上述粒度范围可以使该组分快速熔化，进而提高了锰添加剂的熔化速度，节约了熔炼时间。
在一个例子中，助熔剂为氯化钾、氟化钙、氟硼酸钾、氟铝酸钠、氯化钡、氯化镁、氟钛酸钾、氯化钠和二氧化锰的至少一种。上述助熔剂及其混合物均能提高铝的熔炼速度。助熔剂的选择以及各组分的含量可以根据实际需要进行选择，在此不作限定。
进一步地，制得的锰添加剂为圆饼状、椭圆饼状或者橄榄球状。上述几种形状制作方便，并且在熔炼过程中具有良好的扩散性能，提高了锰添加剂的熔化速度。块状的锰添加剂的密度越大则结构强度越高，但在熔炼时，熔化速度慢；密度越小则融化速度快，但结构强度低不利于运输。
为了解决上述技术问题，在一个例子中，经压制成型后，制得的锰添加剂的密度为3.7-4.5g/cm3。该密度既能保持块状的锰添加剂具有足够的结构强度，又保证了锰添加剂的熔化速度。
此外，本发明还提供了一种用于铝合金的锰添加剂的制备方法。该方法包括：
将锰粉、铝粉、TiAl3粉和助溶剂在惰性气体保护下进行破碎；
将上述原料进行混合；
将混合后的原料压制成块状。
该方法具有操作简单，生产效率高的特点。
在一个示例中，采用本发明的锰添加剂与普通锰添加剂进行比较。本发明的锰添加剂的各个组分包括：锰粉80份、铝粉5份、热烧结并且球磨制得的TiAl3粉为7份以及助熔剂8份，其中助熔剂为氟钛酸钾、氟硼酸钾和氟铝酸钠的三元混合物，锰粉的含量为99.7%以上，铝粉的含量为99.0%以上。并且，锰粉、铝粉和TiAl3粉三者的粒度范围均为0.15mm-0.55mm。
上述各个组分混合均匀后，调整油压机在适宜的压力条件下压制成型。成型密度为3.75g/cm3。制得的锰添加剂的形状为圆饼状。
然后，取500g制得的本发明的锰添加剂与500g现有的普通锰添加剂进行比较。上述两种添加剂分别添加到50kg熔化的铝水中，然后在相同的熔炼温度下进行熔炼，例如温度为730℃。
在试验过程中，本发明的锰添加剂在熔炼过程中迅速熔化，大概0.5分钟全部熔化掉，然而普通锰添加剂在0.5分钟时仍大量残留。
此外，为了保证更好的细化效果，在熔炼过程中，向两种试验工艺中在线加入相同质量的铝钛硼晶粒细化剂。
其中，添加了本发明的锰添加剂的试样和添加了普通锰添加剂的试样分别在线二次加入相同质量的铝钛硼晶粒细化剂为500g。然而，添加了本发明的锰添加剂的试样细化效果明显。而添加了普通锰添加剂的试样则细化不足。
在另一个示例中，在熔炼过程中，向两种试验工艺中在线加入不同质量的铝钛硼晶粒细化剂。
其中，添加了本发明的锰添加剂的试样在线二次加入的铝钛硼晶粒细化剂为485g。添加了普通锰添加剂的试样中在线二次加入的铝钛硼晶粒细化剂为500g。其他的条件与上述示例中的相同。此时，两个试样的细化效果相差无几。
可见，本发明的锰添加剂可以显著减少其他细化剂的加入量。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于铝合金的锰添加剂，其特征在于，包括锰粉、TiAl3粉、铝粉和助熔剂，上述原料混合均匀后制成块状；制得的块状锰添加剂在铝合金熔炼时进行添加。
2.根据权利要求1所述的锰添加剂，其特征在于，所述锰粉为75-85份，所述铝粉为3-8份，所述TiAl3粉为2-10份，所述助溶剂为5-15份，上述份数为质量份数。
3.根据权利要求1所述的锰添加剂，其特征在于，所述TiAl3粉为经热压烧结并且球磨后制作而成。
4.根据权利要求1所述的锰添加剂，其特征在于，所述锰粉、所述TiAl3粉、所述铝粉和所述助熔剂在真空条件或者惰性气体保护条件下经破碎、粉碎制作而成。
5.根据权利要求1所述的锰添加剂，其特征在于，所述锰粉的含量为99.7%以上，所述铝粉的含量为99.0%以上。
6.根据权利要求1所述的锰添加剂，其特征在于，所述锰粉、所述铝粉和所述TiAl3粉三者中至少一种的粒度范围为0.15mm-0.55mm。
7.根据权利要求1所述的锰添加剂，其特征在于，所述助熔剂为氯化钾、氟化钙、氟硼酸钾、氟铝酸钠、氯化钡、氯化镁、氟钛酸钾、氯化钠和二氧化锰的至少一种。
8.根据权利要求1所述的锰添加剂，其特征在于，制得的锰添加剂为圆饼状、椭圆饼状或者橄榄球状。
9.根据权利要求1所述的锰添加剂，其特征在于，制得的锰添加剂的密度为3.7-4.5g/cm3。
10.一种用于铝合金的锰添加剂的制备方法，其特征在于，包括：
将锰、铝、TiAl3和助溶剂进行破碎、粉碎制成粉状；
将上述粉状原料混合均匀；
将混合后的原料压制成块状。
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