CN107587005B

CN107587005B - 一种铝钪中间合金及其制备工艺

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Publication number: CN107587005B
Application number: CN201710827611.7A
Authority: CN
Inventors: 李文玉
Original assignee: Shenzhen Gold Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Gold Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2019-11-01
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: CN107587005A

Abstract

本发明公开一种铝钪中间合金，所述铝钪中间合金各成分和重量百分比分别为：Sc：2.0%～4.0%；C≤0.05%；Cu≤0.03%；Fe：≤0.08%；Si≤0.005%；余量为Al。本发明还公开一种铝钪中间合金的制备方法，包括按照重量百分比准备直径为50～100nm的纳米钪粉、高纯铝锭、铝箔、高纯氩气；首先将高纯铝锭放入石墨坩埚中，使用电阻炉加热至950℃熔化；将直径为50～100nm的纳米钪粉放入高纯铝箔中并包紧后压入液态铝熔体中，保持10 min；使用电磁搅拌工艺对熔体进行均匀化搅拌5～10 min，使钪均匀分布；将熔炼合格的铝钪合金熔体浇入预热过的水冷铁模内，浇注温度为800℃，浇注完成后冷却到室温。本发明能够有效克服偏析，钪烧损少而回收率高，成本比现有对掺法更低，具有较好的经济效益。

Description

一种铝钪中间合金及其制备工艺

技术领域

本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种铝钪中间合金及其制备工艺。

背景技术

钪是铝合金的一种变质剂，能够与铝生成弥散分布的Al₃Sc相，极大地细化铝合金的组织从而提高其强度。钪对铝合金的晶粒细化效果比Ti、Zr、V等元素更强。含钪铝合金的综合性能优异，可广泛应用于航空航天等领域，是一种轻质结构材料。但钪熔点高达 1541℃，且化学性质活泼。因此，制备含钪铝合金时，必须将元素钪通过铝钪中间合金的形式加入。目前制备铝钪中间合金的三类方法是对掺法(也称直接熔合法)、金属热还原法和熔盐电解法，其中对掺法最简单，但成本也最高。另外，钪和铝(熔点660℃)之间熔点差异大，不易实现均匀混合而使A1₃Sc相粗大，偏析严重。

发明内容

本发明针对现有对掺法制备铝钪中间合金时存在成本高、易偏析的缺点，进行改进，提供一种铝钪中间合金以及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铝钪中间合金，所述铝钪中间合金各成分和重量百分比分别为：Sc：2.0％～4.0％；C≤0.05％；Cu≤0.03％；Fe：≤0.08％；Si ≤0.005％；余量为Al。

进一步地，所述铝钪中间合金的各成分按照重量百分比为：Sc：2.0％；C：0.03％；Cu： 0.02％；Fe：0.08％；Si：0.004％；余量为Al。

进一步地，所述铝钪中间合金的各成分按照重量百分比为：Sc：3.0％；C：0.05％；Cu： 0.03％；Fe：0.06％；Si：0.003％；余量为Al。

进一步地，所述铝钪中间合金的各成分按照重量百分比为：Sc：4.0％；C：0.04％；Cu： 0.03％；Fe：0.07％；Si：0.005％；余量为Al。

进一步地，所述铝钪中间合金的各成分按照重量百分比为：Sc：3.0％；余量为Al。

在实际应用中，由于原料及加工过程的原因，发明涉及铝钪中间合金组分中不可避免地含有微量杂质，比如铁(Fe)、铜(Cu)等。在本发明中严格控制杂质的含量，以满足工业应用的标准和要求。含有此允许范围的杂质的铝钪中间合金也应当包含在本发明的保护范围内。

本发明还涉及一种铝钪中间合金的制备方法，包括如下步骤：

A、按照重量百分比准备直径为50～100nm的纳米钪粉、高纯铝锭、高纯铝箔，以及用作保护气体的高纯氩气；

B、首先将高纯铝锭放入石墨坩埚中，使用电阻炉加热至950℃熔化，并在熔体表面通入高纯氩气进行保护；

C、将直径为50～100nm的纳米钪粉放入高纯铝箔中并包紧，抽真空后压入液态铝熔体中，保持10min；

D、使用电磁搅拌工艺对熔体进行均匀化搅拌5～10min，使钪均匀分布；

E、将熔炼合格的铝钪合金熔体浇入预热过的水冷铁模内，浇注温度为800℃，浇注完成后冷却到室温。

进一步地，所述纳米钪粉的直径分别为50或60或75或100nm。

进一步地，使用电磁搅拌工艺对熔体进行均匀化搅拌的时间分别为5或8或9或10min。

进一步地，所述高纯铝锭、高纯铝箔、高纯氩气的纯度为99.99％。

另外，在本发明所述技术方案中，凡未做特别说明的，均可采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。

本发明具有以下优点：本发明使用直径为50～100nm的纳米钪粉做钪源，合理控制电磁搅拌的时间，确定出纳米钪粉直径和电磁搅拌时间之间的最佳组合，制备性能优良的铝钪中间合金。同时，通过多组实验确定纳米钪粉直径和搅拌时间之间的最佳组合，所述最佳组合通过检测各铝钪中间合金的偏析程度和钪回收率确定，所述纳米钪粉直径和电磁搅拌时间间最佳组合为：直径100nm纳米钪粉和10min电磁搅拌。本发明涉及铝钪中间合金能够有效克服偏析，钪烧损少而回收率高，成本比现有对掺法更低，综合性能优异，可广泛应用于航空航天等领域，具有较好的经济效益。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种铝钪中间合金，所述铝钪中间合金各成分和重量百分比分别为：Sc：2.0％～4.0％； C≤0.05％；Cu≤0.03％；Fe：≤0.08％；Si≤0.005％；余量为Al。

一种制备上述铝钪中间合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

所述高纯铝锭、高纯铝箔、高纯氩气的纯度为99.99％。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供铝钪中间合金及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不收以下实施例的限制。

实施例1

一种铝钪中间合金，所述铝钪中间合金各成分和重量百分比分别为：Sc：2.0％；C：0.03％；Cu：0.02％；Fe：0.08％；Si：0.004％；余量为Al。

A、按照重量百分比准备直径为50nm的纳米钪粉、高纯铝锭、高纯铝箔，以及用作保护气体的高纯氩气；

C、将直径为50nm的纳米钪粉放入高纯铝箔中并包紧，抽真空后压入液态铝熔体中，保持10min；

D、使用电磁搅拌工艺对熔体进行均匀化搅拌5min，使钪均匀分布；

检测发现，通过上述方法制得的铝钪中间合金的偏析程度较低，并且钪的回收率可以达到90％。

实施例2

一种铝钪中间合金，所述铝钪中间合金各成分和重量百分比分别为：Sc：3.0％；C：0.05％；Cu：0.03％；Fe：0.06％；Si：0.003％；余量为Al。

A、按照重量百分比准备直径为60nm的纳米钪粉、高纯铝锭、高纯铝箔，以及用作保护气体的高纯氩气；

C、将直径为60nm的纳米钪粉放入高纯铝箔中并包紧，抽真空后压入液态铝熔体中，保持10min；

D、使用电磁搅拌工艺对熔体进行均匀化搅拌8min，使钪均匀分布；

检测发现，通过上述方法制得的铝钪中间合金的偏析程度较低，并且钪的回收率可以达到91％。

实施例3

一种铝钪中间合金，所述铝钪中间合金各成分和重量百分比分别为：Sc：4.0％；C：0.04％；Cu：0.03％；Fe：0.07％；Si：0.005％；余量为Al。

A、按照重量百分比准备直径为75nm的纳米钪粉、高纯铝锭、高纯铝箔，以及用作保护气体的高纯氩气；

C、将直径为75nm的纳米钪粉放入高纯铝箔中并包紧，抽真空后压入液态铝熔体中，保持10min；

D、使用电磁搅拌工艺对熔体进行均匀化搅拌9min，使钪均匀分布；

检测发现，通过上述方法制得的铝钪中间合金的偏析程度较低，并且钪的回收率可以达到89％。

实施例4

一种铝钪中间合金，所述铝钪中间合金各成分和重量百分比分别为：Sc：3.0％；余量为Al。

A、按照重量百分比准备直径为100nm的纳米钪粉、高纯铝锭、高纯铝箔，以及用作保护气体的高纯氩气；

C、将直径为100nm的纳米钪粉放入高纯铝箔中并包紧，抽真空后压入液态铝熔体中，保持10min；

D、使用电磁搅拌工艺对熔体进行均匀化搅拌10min，使钪均匀分布；

检测发现，通过上述方法制得的铝钪中间合金的偏析程度极低，并且钪的回收率可以达到96％。

将上述4个实施例的铝钪中间合金进行检测，发现所述铝钪中间合金的偏析程度和钪的回收率如表1所示。

表1实施例所述铝钪中间合金的偏析程度和钪回收率

经过多组实验发现，纳米钪粉的直径和搅拌时间之间的最佳组合为：100nm钪粉、10 min搅拌时间。在这种最佳组合情况下制备出的铝钪中间合金的偏析程度极低，钪回收率达96％。由此可见，与现有的对掺法相比，该方法制备的铝钪中间合金的性能更好，具有较好的经济效益。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种铝钪中间合金，其特征在于：所述铝钪中间合金各成分和重量百分比分别为：Sc：4.0%;C：0.04%;Cu：0.03%;Fe：0.07%;Si：0.005%;余量为 Al，

其制备方法包括如下步骤：

A、按照重量百分比准备直径为50~100nm的纳米钪粉、高纯铝锭、高纯铝箔，以及用作保护气体的高纯氩气；

B、首先将高纯铝锭放入石墨坩埚中，使用电阻炉加热至950℃ 熔化，并在熔体表面通入高纯氩气进行保护;

C、将直径为50~100nm的纳米钪粉放入高纯铝箔中并包紧，抽真空后压入液态铝熔体中，保持10 min；

D、使用电磁搅拌工艺对熔体进行均匀化搅拌5~10 min，使钪均匀分布;

E、将熔炼合格的铝钪合金熔体浇入预热过的水冷铁模内，浇注温度为 800℃ ，浇注完成后冷却到室温。

2.根据权利要求 1 所述的铝钪中间合金，其特征在于：所述纳米钪粉的直径分别为50 或 60 或 75 或 100nm。

3.根据权利要求1所述的铝钪中间合金，其特征在于：使用电磁搅拌工艺对熔体进行均匀化搅拌的时间分别为 5 或 8 或 9 或 10min。

4.根据权利要求 1所述的铝钪中间合金，其特征在于：所述高纯铝锭、高纯铝箔、高纯氩气的纯度为 99.99%。