CN107400806B - 一种用于再生铝富铁相变质的中间合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于再生铝富铁相变质的中间合金及其制备方法，属于新材料及冶金技术领域，采用的技术方案为：一种铝锰钨中间合金，成分为AlMn10Wx（x=1‑5）；将WO3和由CaF2、NaCl、KCl、Na3AlF6组成的熔剂，混合进行球磨后预热；将预热后的混合粉末用铝箔包住压入到熔化的铝锰中间合金，采用声磁耦合处理5‑20min；处理后静置5‑15min扒渣出炉浇铸；利用本方案制备铝锰钨中间合金收得率高；所制备的中间合金用于再生铸造铝合金富铁相变质不仅可以减少锰的加入，而且可以进一步减少富铁相的危害，强化再生铝合金中富铁相变质效果，同时提升铝合金的力学性能。

Description

一种用于再生铝富铁相变质的中间合金及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料及冶金技术领域，具体涉及一种用于再生铝富铁相变质的中间合金及其制备方法。
背景技术
废铝回收生产过程中存在一个重要的问题：废铝的每一次重复利用过程几乎都需要重熔，重熔的过程会造成不同程度的增铁，杂质铁难被净化去除，使得Fe元素在铝中富集，因而在废铝的循环利用过程中不断积累达到很高的含量。
铁在铝中固溶度非常低，富铁相更容易以针状形式的β（Al5FeSi）出现在铝合金组织中，该相在三维上呈粗大片状，既硬又脆，形成应力集中源，严重割裂铝基体，降低铝合金的机械性能。铁杂质的存在也会破坏铝表面氧化铝薄膜的连续性，在铝合金表面形成小阳极大阴极从而降低铝合金耐腐蚀性，并使得铝合金阳极氧化后的表面质量变差。
专利公开号为CN 1940101A提出了一种铝合金除铁熔剂，该熔剂由氯化钠、氯化钾、冰晶石、氟化钠及氧化硼/硼酸钠组成，它的除铁原理是除铁剂中的硼化物会与熔体中的铁元素反应形成密度较大的硼化铁而沉淀下来，从而降低铝合金中的铁含量。但是熔剂的粘度大，易粘坩埚，影响坩埚的使用。申请号201310094143.9的发明专利提出了一种新型的含硼化合物的铝合金除铁熔剂，其由氯化钠、氯化钾、冰晶石、氟化钠及硼酸/碳化硼组成，其原理是与熔体中的铁元素形成硼铁化合物并进入熔渣中。
申请号201310725322.8的发明专利提出了一种对铝合金熔体进行降铁处理的方法，其方法步骤为：制取制取气态硫、制取反应净化气体和将净化气体吹入到铝熔体中降铁处理。原理是利用气态硫与铝合金熔体中的铁元素发生反应，生成高熔点硫化铁化合物，吸附在气泡的表面,随着气泡上浮而去除，从而能有效降低铝合金中铁含量。但是这种方法工艺繁琐，费用较高，效果不是很理想。
申请号201610924812.4发明专利一种再生铝中富铁相的变质剂及变质方法，变质剂是由Mn剂和B剂组成，方法为变质剂由Mn剂和B剂组成。变质方法是:先将部分再生铝加热成熔体，接着加入Mn剂，待Mn剂熔化后，加入剩余的再生铝，然后加入B剂，待B剂熔化后，精炼，并静置一段时间后浇注，得到变质处理后的再生铝。
专利CN103409670A报道了一种制作铝、镁合金作为重要添加剂的新型铝锰中间合金及其制备方法，锰的作用有限，只能使针状的富铁相变为汉字状和骨骼状，但是伴随着钨的加入，使富铁相形成小颗粒或者减小骨骼状富铁相的尺寸。
在铝合金中加入微量的钨，可以改变铝合金中富铁相的形貌，可以消除针状富铁相、细化骨骼状的富铁相，甚至颗粒化，从而减小富铁相在铝合金中的危害。W的熔点为3370℃，与铝合金的熔点相差悬殊，难以共熔，若直接往铝熔体中加入单质钨，不仅难熔，而且会产生严重的偏析。检索发现，专利号CN200910022395.4提出了一种铝钨钛中间合金及其制备方法，其按重量百分比计合金组成为：Al：40-47 wt%，Ti：8-13 wt%，W为余量，且铝钨钛中间合金熔点为1900-2100℃。申请号201310628855.4提出了一种铝钨铌三元素中间合金及其制备方法，其成分为25-40wt%的W，20-35wt%的Nb，0-0.3wt%的微量元素，余量为Al，其中间合金熔点约1500-1600℃。铝合金的熔炼温度不宜超过750℃，如果温度过高会造成过量的烧损，使成本增加，同时产生氧化，使质量下降，空气中的气体在铝水中的溶解度增加，凝固过程中气体析出形成气泡造成废品。而这些中间合金熔点已高达1000℃以上，不适合铝及其合金的熔炼。
针对以上现有技术的不足，本专利将Mn和W元素按一定比例配制形成一种中间合金，强化再生铝合金中富铁相变质效果。Mn和W在铝合金的熔炼过程中以中间合金加入，便可以有效避免由于金属钨的熔点远远高于其他金属而造成的变质效果不好，从而强化富铁相变质。
发明内容
本发明的目的是为了针对现有技术的不足，提供一种用于再生铝富铁相变质的中间合金及其制备方法。
为实现此目的，本发明的技术方案如下：
一种用于再生铝富铁相变质的中间合金，是一种铝锰钨中间合金，成分为AlMn10Wx（x=1-5）。
一种用于再生铝富铁相变质的中间合金的制备方法步骤为：
（1）原料重量比：铝锰中间合金:WO3=99:1-90:10；
（2）将1-10份CaF2、35-45份NaCl、35-45份KCl、1-10份Na3AlF6混合形成熔剂；
（3）称取铝锰中间合金与WO3总质量10-20wt.%的上述熔剂，与WO3混合，形成混合粉末；
（4）在真空或者惰性气体保护下将上述的混合粉末球磨；
（5）将球磨后的混合粉末预热至400-500℃保温30-120min；
（6）将铝锰中间合金熔化形成熔体，熔体温度800-900℃；
（7）将上述预热后的混合粉末用铝箔包住压入到熔体中，用超声波并结合电磁搅拌10-20min；
（8）处理完毕后静置5-15min扒渣出炉浇铸。
所述的WO3为分析纯，添加的熔剂起着捕渣、助熔作用。
所述的球磨转速350-500rpm，球料比10:1-15:1，球磨时间5-10h。
所述的超声波处理并结合电磁搅拌：超声波功率为1-2KW，频率为10-20KHz强烈搅拌。
本发明采用超声波并结合电磁搅拌方法（也称为声磁耦合）辅助制备一种用于再生铸造铝合金富铁相变质用铝锰钨三元素中间合金，高强度超声波能够在液体中产生重要的非线性效应，即瞬时空化和声流，可实现液态金属脱气以减少孔隙率，以及均匀化的分散效果。在循环高强度超声波下液体中，在声空化作用下，使熔体中微气泡的形成，生长，脉动和塌缩（将形成数千个微气泡，在负压循环期间膨胀并在正压循环期间塌陷），在一个空穴循环（大约100ms）的最后，微气泡破坏产生瞬态（微秒级）可以达到非常高的温度的微“热点”，约1000atm的压力和加热冷却速度高于1010 K/s。在声空化效应下大大促进WO3与铝的铝热反应。
采用上述技术方案，有益效果是：制备铝锰钨中间合金的收得率高；所制备的中间合金用于再生铸造铝合金富铁相变质不仅可以减少锰的加入，而且可以更进一步减少富铁相的危害，强化再生铝合金中富铁相变质效果，同时提升铝合金的力学性能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1是未变质富铁相形貌组织扫描电镜二次电子相；
图2是经该方法变质的富铁相形貌组织扫描电镜背散射电子相。
具体实施方式
实施例1
称取99g铝锰中间合金, 1g WO3；称取质量比为1:35:35:1的CaF2、NaCl、KCl、Na3AlF6 共10g混合形成熔剂，并与WO3混合，形成混合粉末；在真空保护下将混合粉末球磨，球磨转速为350rpm，球料比10:1，球磨时间8h；将球磨后的混合粉末预热至400℃保温30min，将Al-10Mn中间合金，采用电阻炉加热至800℃熔化，将预热后的混合粉末用铝箔包住压入到熔体中，采用声磁耦合处理10min；其中超声波功率为1KW，频率为10KHz；处理完毕后静置5min扒渣出炉浇铸。
实施例2
称取90g铝锰中间合金, 10g WO3；称取质量比为10:45:45:10的CaF2、NaCl、KCl、Na3AlF6共20g混合形成熔剂，并与WO3混合，形成混合粉末；在真空保护下将混合粉末球磨，球磨转速为350rpm，球料比10:1，球磨时间8h；将球磨后的混合粉末预热至500℃保温120min，将Al-10Mn中间合金，采用电阻炉加热至800℃熔化，将预热后的混合粉末用铝箔包住压入到熔体中，采用声磁耦合处理10min；其中超声波功率为1KW，频率为10KHz；处理完毕后静置10min扒渣出炉浇铸。
实施例3
称取95g铝锰中间合金, 5g WO3；称取质量比为3:38:38:3的CaF2、NaCl、KCl、Na3AlF6共15g混合形成熔剂，并与WO3混合，形成混合粉末；在真空保护下将上述混合粉末球磨，球磨转速为350rpm，球料比10:1，球磨时间8h；将球磨后的混合粉末预热至450℃保温90min，将Al-10Mn中间合金，采用电阻炉加热至800℃熔化，将预热后的混合粉末用铝箔包住压入到熔体中，采用声磁耦合处理10min；其中超声波功率为1KW，频率为10KHz；处理完毕后静置15min扒渣出炉浇铸。
实施例4
称取92g铝锰中间合金, 8g WO3；称取质量比为7:42:42:7的CaF2、NaCl、KCl、Na3AlF6共16g混合形成熔剂，并与WO3混合，形成混合粉末；在真空保护下将上述混合粉末球磨，球磨转速为350rpm，球料比10:1，球磨时间8h；将球磨后的混合粉末预热至400℃保温100min，将Al-10Mn中间合金，采用电阻炉加热至800℃熔化，将预热后的混合粉末用铝箔包住压入到熔体中，采用声磁耦合处理10min；其中超声波功率为1KW，频率为10KHz；处理完毕后静置8min扒渣出炉浇铸。
实施例5
称取97g铝锰中间合金, 3g WO3；称取质量比为5:40:40:5的CaF2、NaCl、KCl、Na3AlF6共18g混合形成熔剂，并与WO3混合，形成混合粉末；在真空保护下将上述混合粉末球磨，球磨转速为500rpm，球料比15:1，球磨时间10h；将球磨后的混合粉末预热至420℃保温30min，将Al-10Mn中间合金，采用电阻炉加热至900℃熔化，将预热后的混合粉末用铝箔包住压入到熔体中，采用声磁耦合处理10min；其中超声波功率为1KW，频率为10KHz；处理完毕后静置12min扒渣出炉浇铸。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何变化，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (4)

1.一种用于再生铝富铁相变质的中间合金的制备方法，其特征在于步骤为：
（1）原料重量比：铝锰中间合金:WO3=99:1-90:10；
（2）将1-10份CaF2、35-45份NaCl、35-45份KCl、1-10份Na3AlF6混合形成熔剂；
（3）称取铝锰中间合金与WO3总质量10-20wt.%的上述熔剂，与WO3混合，形成混合粉末；
（4）在真空或者惰性气体保护下将上述的混合粉末球磨；
（5）将球磨后的混合粉末预热至400-500℃保温30-120min；
（6）将铝锰中间合金熔化形成熔体，熔体温度800-900℃；
（7）将上述预热后的混合粉末用铝箔包住压入到熔体中，用超声波并结合电磁搅拌10-20min；
（8）处理完毕后静置5-15min扒渣出炉浇铸；
最终制得一种铝锰钨中间合金，成分为AlMn10Wx（x=1-5）。
2.根据权利要求1所述的一种用于再生铝富铁相变质的中间合金的制备方法，其特征在于WO3为分析纯。
3.根据权利要求1所述的一种用于再生铝富铁相变质的中间合金的制备方法，其特征在于球磨转速350-500rpm，球料比10:1-15:1，球磨时间5-10h。
4.根据权利要求1所述的一种用于再生铝富铁相变质的中间合金的制备方法，其特征在于超声波功率为1-2KW，频率为10-20KHz强烈搅拌。
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