CN108085545A - 电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭及其生产方法 - Google Patents

电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭及其生产方法 Download PDF

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吴慕天
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Abstract

本发明公开了一种电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭，组分含量如下：硅Si0.60～0.80%，铁Fe0.10～0.20%，镁Mg0.90～1.1%，铜Cu0.10～0.30%，锰Mn0.10～0.20%，铬Cr0.10～0.30%，单个杂质含量＜0.03%，余量为铝Al。生产方法如下：纯铝锭固体冷料和电解铝液配料，适温下加热熔化，开启电磁搅拌器快速融化冷料并保持温度均匀和成分均匀，根据原铝熔体中的化学成分进行合金化处理，扒渣保持熔体的清洁，采用高纯N2与精炼喷粉剂来喷粉精炼，在线过滤除渣、除气，经铸造生产、均热化处理，生产出符合要求的铝合金圆铸锭。本发明所得产品成分稳定均匀、内部组织致密、表面光滑清洁，机械性能优越、产品内部清洁度较高，是生产电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭的最佳方法。

Description

电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭及其生产方法
一、技术领域：
本发明涉及一种电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭及其生产方法，用于生产电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭。
二、背景技术：
铝合金圆铸锭是生产电脑硬盘驱动臂材料的主要基础材料，经过合金成分配比铸造成圆铸锭，经过均热化处理，然后再经过热处理、挤压、淬火等工序加工成型。
经过原铝合金轧制成圆铝杆后，通过再拉制、热处理、绞制、包裹等工艺成型，主要要求抗拉强度≥165Mpa，电阻率≤28.64n.Ω.m，强度残存率≥90%，表面要求无气孔、沙眼、飞边、夹杂物等缺陷。
电脑硬盘驱动臂主要功能是读取存储器数据，现有技术中硬盘的最高转速已达到了10,000转/分，平均寻道时间在6ms左右，数据传输率可达到160MB/S，这就对电脑硬盘驱动臂用铝型材的品质提出了更高、更严格的要求。因电脑硬盘驱动臂用铝型材对原材料洁净度和强度有较高较严格的要求，国内仅有少数厂家可以生产，且成品率不高，性能也不稳定，目前主要依赖进口。该产品主要从材料的机械性能、金相和洁净度等方面进行有效控制，且控制合金种类较多和较为严格，这是造成许多厂家难以稳定生产或者不能生产的原因。
三、发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有生产工艺的不足，提供一种成分稳定均匀、内部组织致密、无裂纹、无夹杂物、洁净度（PODFA）和机械性能达标的电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭及其生产方法，来满足市场及企业的需求。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭，其组成成分按重量百分比为：硅Si 0.60～0.80%，铁Fe 0.10～0.20%，镁Mg 0.90～1.1%，铜Cu 0.10～0.30%，锰Mn 0.10～0.20%，铬Cr0.10～0.30%，其他单个杂质含量＜0.03%，余量为铝Al。
所述的电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭的生产方法，其具体工艺流程如下：
A、先加入纯铝锭的固体冷料15～18吨，再加入电解铝液进行配料，其中电解铝液占总配料重量份的70～75%，纯铝锭固体冷料占总配料重量份的25～30%，电解铝液中铁含量Fe0.10%～0.020%，同时开启电磁搅拌器40min，让纯铝锭固体冷料融化和成分均匀；
B、取样化验：确定取样位置进行取样，使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析；
C、熔体合金化：根据产品技术要求和电解原铝中各元素含量的要求，计算确定添加各种原料合金的量，熔体温度控制在750～780℃；
D、添加原料合金后，开启电磁搅拌器，使所添加的原料合金快速熔化，并保持温度均匀和成分均匀；
E、扒渣来保持铝熔体的清洁；
F、二次取样化验：使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析；
G、成分调整——补料或冲淡，使原料化学成分按重量百分比达到下列要求：硅Si 0.60～0.80%，铁Fe 0.10～0.20%，镁Mg 0.90～1.1%，铜Cu 0.10～0.30%，锰Mn 0.10～0.20%，铬Cr 0.10～0.30%，其他单个杂质含量＜0.03%，余量为铝Al；
H、熔体处理:采用无污染的高纯N2与适量精炼喷粉剂喷粉精炼30～50min，进行除气除渣，两次精炼，氮气含量控制99.99%以上；
J、熔炼炉温度控制在730～760℃；
K、扒渣：得到更为纯净的铝熔体；
L、再次取样：确定最终成分符合要求；
M、静置：静置40分钟；
N、在线过滤除气、除渣，温度保持在700～740℃；
O、铸造工艺参数控制：铸造温度690～710℃，铸造速度100～120mm/hr，冷却水温25～35℃；
P、产品锯切和包装：根据尺寸要求，锯切适宜长度；
Q、产品均热化处理：依据产品成分、金相指标要求，确定均热化处理工艺并控制：温度550～570℃，保温5～10h，冷却采用：风冷+水冷的方式；
R、成品取样：每炉取样4片，厚度20～40mm；
S、检验:看成品是否符合标准，要求尺寸偏差±10mm，性能达到YST 67-2012变形铝及铝合金圆铸锭的标准要求，晶粒度按照ASTM E112-96标准达到4.0级；
T、产品包装：采用钢带进行包装；
U、检验:成品符合GB／T3191-2010铝及铝合金挤压棒材标准，晶粒度符合ASTM Ｅ112-2013标准要求；
V、将符合要求的产品入库、出厂。
在步骤“G”中，成分调整需用合金要求：硅为含量18～22%的AlSi2O中间合金锭，铜为含量为48～52%的铝铜合金锭。
在步骤“H”中，所述的精炼剂为氟化盐和氯化盐的混合物。所述混合物的组成成分以及含量为，NaBF4 15～25%, NaCl 35～55%、C2Cl6 1～10%，Na2TiF6 10～25%，NaF 5～20%。
在步骤“H”中，所述的高纯N2的纯度为99.99%以上。
本发明生产出来的电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭成品的各种参数如下：
合金成分：硅Si 0.60～0.80%,铁Fe 0.10～0.20%,镁Mg 0.90～1.1%，铜Cu 0.10～0.30%，锰Mn 0.10～0.20%，铬Cr 0.10～0.30%，其他单个杂质含量＜0.03%，余量为铝Al。
合金状态：T6；
产品规格：φ152/178±1mm；
其他符合《GB/T 3191-2010 铝及铝合金挤压棒材》
产品外观：表面清洁无油污及尘土等，表面无拉裂、气泡、金属瘤及腐蚀斑点。
氢含量：≤0.13ml/100gAl；
PODFA：Total Inclusion Content ≤0.20mm2/kg 。
本发明能产生的积极效果是：
1、本发明通过对精炼剂、精炼方式、精炼次数、静置时间的选取，可以有效除去铝熔体中的氢、碱金属、Al2O3、MgO、SiO2等氧化物，得到纯净的、成分均匀的铝熔体。
2、本发明工艺采用低温铸造，有利于除气、除渣，提高铸造速度，减少合金偏析，获得较好的表面质量。
3、本发明采用高纯氮气加精炼喷粉剂进行喷粉精炼，对铝熔体进行除气除渣精炼，其主要作用是因为精炼剂中的部分组分在高温下极易分解，生成的气体易于氢反应，且与夹渣吸附力强，并迅速从熔体中逸出，其它组分兼有清渣剂的作用，优越于传统的四氯化碳精炼，且更加环保节能。
4、本发明在铸造时对铝液进行除气、过滤除渣，有利于降低铝熔体中的氢含量，提高铝熔体的清洁度，获得较好的铝熔体，提高后续加工成品率。
5、本发明所生产出来的铝合金圆铸锭，成分稳定均匀，组织致密，材料清洁度高、表面光滑清洁，机械性能满足下游产品使用需求，是电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭的最佳生产方法。
6、经本发明生产方法所生产出来规格为Φ152/178mm的铝合金圆铸锭产品，由于本发明采用合理的成分配比、合理的熔体处理、在线熔体处理、低温铸造、均热化等生产工艺，使其内部组织更加致密，表面光滑清洁，机械性能优越、产品内部清洁度较高，完全满足生产高端电脑硬盘驱动臂材料的要求。
四、具体实施方式：
实施例：一种电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭，其组成成分按重量百分比为：硅Si0.60～0.80%，铁Fe 0.10～0.20%，镁Mg 0.90～1.1%，铜Cu 0.10～0.30%，锰Mn 0.10～0.20%，铬Cr 0.10～0.30%，其他单个杂质含量＜0.03%，余量为铝Al。
上面所述的电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭的生产方法，其具体工艺流程如下：
A、先加入纯铝锭的固体冷料15～18吨，再加入电解铝液进行配料，其中电解铝液占总配料重量份的70～75%，纯铝锭固体冷料占总配料重量份的25～30%，电解铝液中铁含量Fe0.10%～0.020%，同时开启电磁搅拌器40min，让纯铝锭固体冷料融化和成分均匀；
B、取样化验：确定取样位置进行取样，使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析；
C、熔体合金化：根据产品技术要求和电解原铝中各元素含量的要求，计算确定添加各种原料合金的量，熔体温度控制在750～780℃；
D、添加原料合金后，开启电磁搅拌器，使所添加的原料合金快速熔化，并保持温度均匀和成分均匀；
E、扒渣来保持铝熔体的清洁；
F、二次取样化验：使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析；
G、成分调整——补料或冲淡，使原料化学成分按重量百分比达到下列要求：硅Si 0.60～0.80%,铁Fe 0.10～0.20%,镁Mg 0.90～1.1%，铜Cu 0.10～0.30%，锰Mn 0.10～0.20%，铬Cr 0.10～0.30%，其他单个杂质含量＜0.03%，余量为铝Al；
H、熔体处理:采用无污染的高纯N2与适量精炼喷粉剂喷粉精炼30～50min，进行除气除渣，两次精炼，氮气含量控制99.99%以上；
J、熔炼炉温度控制在730～760℃；
K、扒渣：得到更为纯净的铝熔体；
L、再次取样：确定最终成分符合要求；
M、静置：静置40分钟；
N、在线过滤除气、除渣，温度保持在700～740℃；
O、铸造工艺参数控制：铸造温度690～710℃，铸造速度100～120mm/hr，冷却水温25～35℃；
P、产品锯切和包装：根据尺寸要求，锯切适宜长度；
Q、产品均热化处理：依据产品成分、金相指标要求，确定均热化处理工艺并控制：温度550～570℃，保温5～10h，冷却采用：风冷+水冷的方式；
R、成品取样：每炉取样4片，厚度20～40mm；
S、检验:看成品是否符合标准，要求尺寸偏差±10mm，性能达到YST 67-2012变形铝及铝合金圆铸锭的标准要求，晶粒度按照ASTM E112-96标准达到4.0级；
T、产品包装：采用钢带进行包装；
U、检验:成品符合GB／T3191-2010铝及铝合金挤压棒材标准，晶粒度符合ASTM Ｅ112-2013标准要求；
V、将符合要求的产品入库、出厂。
在步骤“G”中，成分调整需用合金要求：硅为含量18～22%的AlSi2O中间合金锭，铜为含量为48～52%的铝铜合金锭。
在步骤“H”中，所述的精炼剂为氟化盐和氯化盐的混合物；混合物的组成成分以及含量为，NaBF4 15～25%, NaCl 35～55%、C2Cl6 1～10%，Na2TiF6 10～25%，NaF 5～20%。
在步骤“H”中，所述的高纯N2的纯度为99.99%以上。
由于本发明采用合理的成分配比、合理的熔体处理、在线熔体处理、低温铸造、均热化等生产工艺，经本发明生产方法所生产出来的铝合金圆铸锭产品，内部组织更加致密，化学成分均匀，表面光滑清洁，机械性能优越，产品内部清洁度较高，完全能满足生产高端电脑硬盘驱动臂材料的要求。

Claims (6)

1.一种电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭，其特征在于：该电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭的组成成分按重量百分比为：硅Si 0.60～0.80%，铁Fe 0.10～0.20%，镁Mg 0.90～1.1%，铜Cu 0.10～0.30%，锰Mn 0.10～0.20%，铬Cr 0.10～0.30%，其他单个杂质含量＜0.03%，余量为铝Al。
2.权利要求1所述的电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭的生产方法，其具体工艺流程如下：
A、先加入纯铝锭的固体冷料15～18吨，再加入电解铝液进行配料，其中电解铝液占总配料重量份的70～75%，纯铝锭固体冷料占总配料重量份的25～30%，电解铝液中铁含量Fe0.10%～0.020%，同时开启电磁搅拌器40min，让纯铝锭固体冷料融化和成分均匀；
B、取样化验：确定取样位置进行取样，使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析；
C、熔体合金化：根据产品技术要求和电解原铝中各元素含量的要求，计算确定添加各种原料合金的量，熔体温度控制在750～780℃；
D、添加原料合金后，开启电磁搅拌器，使所添加的原料合金快速熔化，并保持温度均匀和成分均匀；
E、扒渣来保持铝熔体的清洁；
F、二次取样化验：使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析；
G、成分调整——补料或冲淡，使原料化学成分按重量百分比达到下列要求：硅Si 0.60～0.80%，铁Fe 0.10～0.20%，镁Mg 0.90～1.1%，铜Cu 0.10～0.30%，锰Mn 0.10～0.20%，铬Cr 0.10～0.30%，其他单个杂质含量＜0.03%，余量为铝Al；
H、熔体处理:采用无污染的高纯N2与适量精炼喷粉剂喷粉精炼30～50min，进行除气除渣，两次精炼，氮气含量控制99.99%以上；
J、熔炼炉温度控制在730～760℃；
K、扒渣：得到更为纯净的铝熔体；
L、再次取样：确定最终成分符合要求；
M、静置：静置40分钟；
N、在线过滤除气、除渣，温度保持在700～740℃；
O、铸造工艺参数控制：铸造温度690～710℃，铸造速度100～120mm/hr，冷却水温25～35℃；
P、产品锯切和包装：根据尺寸要求，锯切适宜长度；
Q、产品均热化处理：依据产品成分、金相指标要求，确定均热化处理工艺并控制：温度550～570℃，保温5～10h，冷却采用：风冷+水冷的方式；
R、成品取样：每炉取样4片，厚度20～40mm；
S、检验:看成品是否符合标准，要求尺寸偏差±10mm，性能达到YST 67-2012变形铝及铝合金圆铸锭的标准要求，晶粒度按照ASTM E112-96标准达到4.0级；
T、产品包装：采用钢带进行包装；
U、检验:成品符合GB／T3191-2010铝及铝合金挤压棒材标准，晶粒度符合ASTM Ｅ112-2013标准要求；
V、将符合要求的产品入库、出厂。
3.根据权利要求2所述的电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭的生产方法，其特征在于：在步骤“G”中，成分调整需用合金要求：硅为含量18～22%的AlSi2O中间合金锭，铜为含量为48～52%的铝铜合金锭。
4.根据权利要求2所述的电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭的生产方法，其特征在于：在步骤“H”中，所述的精炼剂为氟化盐和氯化盐的混合物。
5.根据权利要求4所述的电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭的生产方法，其特征在于：所述混合物的组成成分以及含量为，NaBF4 15～25%, NaCl 35～55%、C2Cl6 1～10%，Na2TiF610～25%，NaF 5～20%。
6.根据权利要求2所述的电脑硬盘驱动臂用铝合金圆铸锭的生产方法，其特征在于：在步骤“H”中，所述的高纯N2的纯度为99.99%以上。
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