CN106978556B - 一种高性能锰铝合金添加剂及其生产方法 - Google Patents

一种高性能锰铝合金添加剂及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能锰铝合金添加剂，由以下质量百分数的原料组分制备而成，锰粉65～75％，铝粉15～25％，助熔剂6～8％，粘结剂3～5％；还公开了一种高性能锰铝合金添加剂的生产方法，包括以下步骤，(1)将金属锰片破碎成65‑325目的金属锰粉；(2)将金属铝破碎成40‑325目的金属铝粉；(3)将步骤(2)的金属铝粉加入到步骤(1)的金属锰粉中，在密闭保护气下充分搅拌混合均匀，然后再依次加入助熔剂和粘结剂，搅拌混合均匀；(4)将步骤(3)制备的混合物料用皮带送入对辊压成型机中进行锻压成型，得到产品。本发明提供的一种高性能锰铝合金添加剂及其生产方法助剂成分少、水分低且产品实收率高。

Description

一种高性能锰铝合金添加剂及其生产方法
技术领域
本发明涉及合金生产技术领域，尤其是一种高性能锰铝合金添加剂及其生产方法。
背景技术
目前，锰是一种主要的锰铝合金添加元素，在铝-锰系合金中，如3003合金，锰是其强化元素。它与铝形成MnAl6等强化质点，起固溶强化作用。又如在很多硬铝和压铸锰铝合金中，锰也是其主要组元。而在3004、3104、3A21等合金中，锰是必不可少的元素。在铝中加金属锰为锰锰铝合金添加剂法，这是因为锰的熔点高，达到1244℃，而铝的熔点低，为660℃，而正常的锰铝合金熔铸温度也只有710～750℃，若直接将电解金属锰片加入，这样锰很难在铝的正常熔铸温度下进入铝液中而融合为一体。目前，常用的锰元素添加方法为锰锰铝合金添加剂法，国内有多种锰添加剂，主要由金属粉末和助熔剂组成，普遍使用助熔剂为卤化物盐类的传统添加剂。它虽然解决了以铝基中间合金方式添加的问题，但含有钠、氯、氟等元素，不仅给环境带来污染，还会影响人体健康，另外还普遍实收率低，熔化时间长的缺点，限制了在某些锰铝合金中的应用。针对这些问题，国内外都在致力于研发一种新型的锰锰铝合金添加剂制造技术，而目前国内仍处在实验室阶段尚未形成产业化应用，我国作为全球锰锰铝合金最大的原材料供应基地，对高性能锰锰铝合金的需求却依赖进口。
锰铝合金添加剂主要由金属粉末和助熔剂组成，从20世纪70年代起，国内外普遍使用单块质量为500～665g、助熔剂为卤化物盐类的12传统添加剂。它虽然解决了以铝基中间合金方式添加的问题，但含有大量的钠、氯、氟等元素，不仅给环境带来污染，还严重影响人体健康。随着可持续发展战略的提出和环保问题的日益突出，欧洲和北美的一些产铝大国在添加剂的制备及生产工艺上进行技术调整，目前已工业化生产并使用200g/块、含少量助熔剂或无助熔剂的新型添加剂，而我国使用的仍然是传统添加剂，在其制备工艺及应用研究上相对于国外有很大的差距，因此为了节能降耗和消除锰铝合金化过程对环境的污染，适应锰铝合金发展趋势，新型锰铝合金用添加剂的研制势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种助剂成分少、水分低且产品实收率高的高性能锰铝合金添加剂及其生产方法。
本发明的技术方案为：一种高性能锰铝合金添加剂，由以下质量百分数的原料组分制备而成，锰粉65～75％，铝粉15～25％，助熔剂6～8％，粘结剂3～5％，所述助熔剂采用羟甲基纤维素。
一种高性能锰铝合金添加剂的生产方法，包括以下步骤，
(1)将优质电解金属锰片破碎成65-325目的金属锰粉，破碎后粒度分布为锰粉目数大于60目，要求值(质量分数)在5％以下；在60-80目之间，要求值在40～50％；在80-100目之间，要求值在15～20％；在100-325目之间，要求值在10～20％；在325目以下，要求值在5％以下；
(2)将金属铝破碎成40-325目的金属铝粉，金属铝选用纯度99.9％的铝(按照GB/T1196-2008)，破碎后粒度分布为铝粉目数大于40目，要求值(质量分数)在5％以下；在40-60目之间，要求值在25～35％；在80-100目之间，要求值在30～40％之间；在100-325目之间，要求值在15～25％之间，在325目以下，要求值在5％以下；
(3)将步骤(2)制备的金属铝粉加入到步骤(1)制备的金属锰粉中，在密闭保护气的保护下充分搅拌混合均匀，然后再依次加入助熔剂和粘结剂，搅拌混合均匀；
(4)将步骤(3)制备的混合物料用皮带以0.05～0.1m3/min的速率送入对辊压成型机中以1t/mm线压力进行锻压成型，得到产品。
优选地，所述步骤(1)中优质电解金属锰片采用双辊破碎机进行破碎，所述步骤(2)中金属铝采用双辊破碎机进行破碎。
优选地，所述步骤(2)中粘结剂采用聚乙烯和硬质酸锌，其中聚乙烯和硬质酸锌的用量比例为1∶1。
优选地，所述步骤(3)中搅拌采用双轴搅拌机进行搅拌。
优选地，所述步骤(3)中保护气为氮气。
优选地，所述步骤(4)中得到的产品的密度在3.8～4.5g/cm3之间，产品的硬度在0.1～1.5(相对值)之间。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明生产的高性能锰铝合金添加剂产品，比国内其他同类产品的助熔剂成分要少，水分低，产品收率要好，能达到99.6％以上；而且本发明生产的高性能锰铝合金添加剂产品，产品收率高又环保、节能，生产效率高，产量大，将是往后市场的发展方向，可取代原有的以卤化物盐类等为助剂的产品。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明做进一步说明。
一种高性能锰铝合金添加剂，由以下质量百分数的原料组分制备而成，锰粉65～75％，铝粉15～25％，助熔剂6～8％，粘结剂3～5％，所述助熔剂采用羟甲基纤维素。
一种高性能锰铝合金添加剂的生产方法，包括以下步骤：
(1)将金属锰用双辊破碎机破碎成65-325目的金属锰粉，该金属锰采用优质电解金属锰片DJMnC、DJMnD(标准：YB/T051-2003)，或者选用无硒或高纯锰片，破碎后粒度分布为锰粉目数大于60目，要求值(质量分数)在5％以下；在60-80目之间，要求值在40～50％；在80-100目之间，要求值在15～20％；在100-325目之间，要求值在10～20％；在325目以下，要求值在5％以下。
(2)将金属铝用双辊破碎机破碎成40-325目的金属铝粉，金属铝选用纯度99.9％的铝(按照GB/T1196-2008)，破碎后粒度分布为铝粉目数大于40目，要求值(质量分数)在5％以下；在40-60目之间，要求值在25～35％；在80-100目之间，要求值在30～40％之间；在100-325目之间，要求值在15～25％之间，在325目以下，要求值在5％以下。
(3)将步骤(2)制备的金属铝粉加入到步骤(1)制备的金属锰粉中，在密闭保护气的保护下充分搅拌混合均匀，搅拌采用双轴搅拌机进行搅拌，然后再依次加入助熔剂和粘结剂，搅拌混合均匀。密闭保护气可以为氮气。
其中助熔剂采用羟甲基纤维素。
而粘结剂需要具有适当的粘性和良好的润滑性且易于和粉末料均匀混合；与粉末物料不发生化学反应，预热或烧结时易于排除且不残留有害杂质，所放出的气体对操作人员、炉子的发热原件和筑炉材料等不能有损害作用；对混合后的粉末松装密度和流动性影响不大，除挤压等特殊情况外，其软化点应当高，以防止由于混料过程中温度升高而熔化，并且烧结后对产品性能和外观等没有坏影响。
通过实验确定选用聚乙烯和硬质酸锌作为粘结剂，其中聚乙烯和硬质酸锌的用量比例为1∶1。结合生产工艺研究确定的最佳配比，能使合金的密度达到最大，粉化率最低。
(4)将步骤(3)制备的混合物料用皮带以0.05～0.1m3/min的速率送入先对辊压成型机中以1t/mm线压力进行锻压成型，得到产品。
此锻压成型工序的工艺控制是产品质量的关键，其中最主要的是锻压设备作用于物料上压强的控制。因为设备作用于物料上的压强大小，将直接影响产品的密度与硬度。而根据产品质量要求，产品密度与硬度是产品使用效率的关键，这两项参数的值必须在一定范围内，太大或太小均不能为客户接受。因此本对辊压成型机以1t/mm线压力进行锻压成型，得到的产品的密度在3.8～4.5g/cm3之间，产品的硬度在0.1～1.5(相对值)之间。
本发明的原理如下：本发明利用金属添加剂进行合金化的原理，当金属添加剂投入熔体后，由于金属添加剂的密度较铝液大，逐渐向炉底慢慢移动。当添加剂下沉至液面以下，金属添加剂中的助熔剂与铝熔体中的氧化物发生反应，并存在放热和轻微爆炸性分解，助熔剂的反应使添加剂团块逐渐扩散，这时经过活化处理的，具有非常大比表面积的纯金属粉末在铝熔体中迅速溶解和扩散，金属细粉粒界面同铝熔体接触，该元素由于有浓度差，在铝中未达到最大溶解度之前，浓度有趋近平衡的倾向，这就是很细的金属粉末能很快溶解，形成新的相组成，达到合金化的原理。
本发明生产的高性能锰铝合金添加剂产品，比国内其他同类产品的助熔剂成分要少，水分低，产品收率要好，能达到99.6％以上；而且本发明生产的高性能锰铝合金添加剂产品，产品收率高又环保、节能，生产效率高，产量大，将是往后市场的发展方向，可取代原有的以卤化物盐类等为助剂的产品。
上述的实施例仅为本发明的优选实施例，不能以此来限定本发明的权利范围，因此，依本发明申请专利范围所作的修改、等同变化、改进等，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种高性能锰铝合金添加剂，其特征在于：由以下质量百分数的原料组分制备而成，锰粉65～75％，铝粉15～25％，助熔剂6～8％，粘结剂3～5％，所述助熔剂采用羟甲基纤维素。
2.一种根据权利要求1所述的一种高性能锰铝合金添加剂的生产方法，其特征在于：包括以下步骤，
(1)将优质电解金属锰片破碎成60-325目的金属锰粉，破碎后粒度分布为锰粉目数大于60目，要求值(质量分数)在5％以下；在60-80目之间，要求值在40～50％；在80-100目之间，要求值在15～20％；在100-325目之间，要求值在10～20％；在325目以下，要求值在5％以下；
(2)将金属铝破碎成40-325目的金属铝粉，金属铝选用纯度99.9％的铝(按照GB/T1196-2008)，破碎后粒度分布为铝粉目数大于40目，要求值(质量分数)在5％以下；在40-60目之间，要求值在25～35％；在80-100目之间，要求值在30～40％之间；在100-325目之间，要求值在15～25％之间，在325目以下，要求值在5％以下；
(3)将步骤(2)制备的金属铝粉加入到步骤(1)制备的金属锰粉中，在密闭保护气的保护下充分搅拌混合均匀，然后再依次加入助熔剂和粘结剂，搅拌混合均匀；
(4)将步骤(3)制备的混合物料用皮带以0.05～0.1m3/min的速率送入对辊压成型机中压力为以1t/mm线压力进行锻压成型，检验包装，得到产品。
3.根据权利要求2所述的一种高性能锰铝合金添加剂的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)中优质电解金属锰片采用双辊破碎机进行破碎，所述步骤(2)中金属铝采用双辊破碎机进行破碎。
4.根据权利要求2所述的一种高性能锰铝合金添加剂的生产方法，其特征在于：所述步骤(2)中粘结剂采用聚乙烯和硬质酸锌，其中聚乙烯和硬质酸锌的用量比例为1∶1。
5.根据权利要求2所述的一种高性能锰铝合金添加剂的生产方法，其特征在于：所述步骤(3)中搅拌采用双轴搅拌机进行搅拌。
6.根据权利要求2所述的一种高性能锰铝合金添加剂的生产方法，其特征在于：所述步骤(3)中保护气为氮气。
7.根据权利要求2所述的一种高性能锰铝合金添加剂的生产方法，其特征在于：所述步骤(4)中得到的产品的密度在3.8～4.5g/cm3之间，产品的硬度在0.1～1.5(相对值)之间。
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