CN108707767A - 一种铝合金材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的80％‑95％，然后进行升温；(2)待温度达到830‑850℃，分别加入钛元素添加剂、镍元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂；(3)加入剩余的铝锭，调整温度至750℃‑760℃；(4)加入精炼剂进行精炼，然后加入镁；(5)加入稀土镧和稀土铈进行变质；(6)温度在745‑760℃之间，加入锶；(7)温度在730‑750℃之间进行浇铸。本发明的压铸铝合金材料制备方法制备得到的铝合金材料具有较高的导热性能和屈服强度。

Description

一种铝合金材料的制备方法
技术领域
本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种压铸铝合金材料的制备方法。
背景技术
铝合金是一种有利于设备轻量化的多性能材料。通过调节各种元素成分的不同，铝合金可以分别具有高导热、高导电率、高屈服强度、高抗拉强度、抗腐蚀、高韧性、高硬度等不同的性能。被广泛用于通讯、汽车、交通运输、动力和航天航空等领域。随着科技的不断发展，高新技术对于材料的要求也越来越高。以往单一的性能已经无法满足技术的发展要求。现在的铝合金材料不但对其基本的化学成分有严格的要求，还需要满足各种特殊的使用要求，兼顾多种性能。在这些性能之中，有些甚至是以往被认为相互存在一定的矛盾的。针对不同的材料使用特点，按其本身特定的要求，对材料中各种成分及其性能进行合理调配、优化，使之创造出所对应的一种新的铝合金材料是目前乃至今后一段发展时期的客观需要。
现有的铝合金材料的制备方法，不能够较好的减少合金材料的含气量，使得制备的合金材料质量较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种铝合金材料的制备方法，制备的铝合金材料含气量较低，能具有较好的压铸性能和导热系数。
本发明提供一种压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的80％-95％，然后进行升温；
(2)待温度达到830-850℃，分别加入钛元素添加剂、镍元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂；
(3)加入剩余的铝锭，调整温度至750℃-760℃；
(4)加入精炼剂进行精炼，然后加入镁；
(5)加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)温度在745-760℃之间，加入锶；
(7)温度在730-750℃之间进行浇铸，得到铝合金材料。
优选地，步骤(4)中，加入镁后，检测熔炉内金属熔液的成分，当金属熔液的成分在以下范围内：硅，含量为10.8-12.5％；铁，含量为0.5-％1.8％；铜，含量为0.15％-0.3％；锰，含量为0.15-0.65％；镁，含量为0.15％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.02-0.25％；镍,含量为0.05-0.5％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝，则加入稀土镧和稀土铈进行变质。
优选地，所述铝合金材料按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.8-12.5％；铁，含量为0.5-％1.8％；铜，含量为0.15％-0.3％；锰，含量为0.15-0.65％；镁，含量为0.15％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.02-0.25％；镍,含量为0.05-0.8％；锶，含量0.01-0.05％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
优选地，所述钛元素添加剂为钛中间合金，所述镍元素添加剂为镍中间合金。
优选地，所述步骤(1)中升温至完全熔化后，还包括进行搅拌和静置的步骤；所述步骤(2)中，还包括进行搅拌和静置的步骤，所述搅拌和静置交替进行3次以上。
优选地，所述搅拌时间为3分钟-10分钟，所述静置时间为5分钟-15分钟。
优选地，步骤(4)中，加入精炼剂进行精炼的具体步骤为：把精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，然后在搅拌的过程中加入镁。
优选地，所述精炼剂为无钠精炼剂，所述无钠精炼剂的用量为熔炉内金属总重的0.2-0.3％，所述氮气的气压为0.15-0.25MPa，所述喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。
优选地，加入稀土镧和稀土铈进行变质之前，先用氮气喷吹金属液体5分钟-15分钟。
优选地，加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置5分钟-15分钟，温度在745-760℃之间加入锶后，再次净置5分钟-15分钟。
优选地，加入锶，净置5分钟-15分钟后，取样检验元素含量，当满足：锶，含量0.01-0.06％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％，然后控制温度在730-750℃之间进行浇铸。
本发明的铝合金材料的制备方法制备得到的铝合金材料含气量较低，能具有较好的压铸性能和导热系数。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供一种铝合金材料的制备方法，制备的铝合金材料含气量较低，能具有较好的压铸性能和导热系数。
本发明提供一种压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的80％-95％，然后进行升温；
(2)待温度达到830-850℃，分别加入钛元素添加剂、镍元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂。此步骤中各种元素添加剂的添加顺序可变换。
(3)加入剩余的铝锭，调整温度至750℃-760℃；
(4)加入精炼剂进行精炼，然后加入镁；
(5)加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)温度在745-760℃之间，加入锶；
锶可以对材料组织进行优化，但由于锶容易造成液体吸气，所以应严格控制加入锶时的温度，并且在加锶后避免加入冷料和进行除气处理。
(7)温度在730-750℃之间进行浇铸。
本实施例中，各组成元素的添加顺序与元素的熔点和投入数量有关，按照元素的具体情况决定投料的温度和顺序能使提高熔炼效率和产品质量。例如，熔点相对低和容易高温损耗的金属元素如镁和锶在精炼之后加入，尤其是锶，在精炼之后温度接近浇铸温度时加入，能够提高熔炼效率，并且使得到的合金材料具有较好的导热性能和高屈服强度。
本发明实施例通过加入一定量的铁元素，令材料压铸成型后易脱模，并能一定程度上减弱材料对模具的熔蚀，提升模具寿命。本实施例提供的铝合金材料在设计上除了加入铁元素外，还加入了镍元素，这样可以进一步降低材料对模具的熔蚀能力，延长模具的寿命。同时，镍元素的加入可以中和部分铁元素带来的有害影响，并且镍元素能提升增强材料的抗拉强度和硬度，改善合金的焊接性能。
但是铁元素对铝合金材料的导热性能和屈服性能都是不利的，锰能抑制铝硅合金中铁元素的部分有害作用；能提高再结晶温度并细化再结晶晶粒；能提高铝固溶体的稳定性。在含硅及含铜的铝硅合金中，可改善高温强度，但锰的导热性能也较差。同时，为了兼顾多项性能，本材料采用了稀土镧和铈进行变质，从另一方面弥补了部分铁元素引起的材料导热性能下降的问题，从整体上提升了材料的导热性能，并且对材料有一定的净化作用。
本发明实施例提供的压铸铝合金材料的制备方法能够细化合金组织结构，降低含气量，减少熔炼能耗，促进材料合金化均匀，有效提升合金材料的导热性能和屈服强度。
在优选实施例中，步骤(4)中，加入镁后，检测熔炉内金属熔液的成分，当金属熔液的成分在以下范围内：硅，含量为10.8-12.5％；铁，含量为0.5-％1.8％；铜，含量为0.15％-0.3％；锰，含量为0.15-0.65％；镁，含量为0.15％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.02-0.25％；镍,含量为0.05-0.5％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝，则加入稀土镧和稀土铈进行变质。
在优选实施例中，所述铝合金材料按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.8-12.5％；铁，含量为0.5-％1.8％；铜，含量为0.15％-0.3％；锰，含量为0.15-0.65％；镁，含量为0.15％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.02-0.25％；镍,含量为0.05-0.8％；锶，含量0.01-0.05％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
在优选实施例中，钛元素添加剂为钛中间合金，镍元素添加剂为镍中间合金。由于镍和钛的熔点比较高，在成分过程中的含量占比不大，所以可采用中间合金的方式加入。
在优选实施例中，步骤(1)中升温至完全熔化后，还包括进行搅拌和静置的步骤；步骤(2)中，还包括进行搅拌和静置的步骤，搅拌和静置交替进行3次以上。通过搅拌和静置交替进行，有助于初期材料合金化均匀。
在优选实施例中，搅拌时间为3分钟-10分钟，静置时间为5分钟-15分钟。
在优选实施例中，步骤(4)中，加入精炼剂进行精炼的具体步骤为：把精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，然后在搅拌的过程中加入镁。
在优选实施例中，精炼剂为无钠精炼剂，是因为含钠精炼剂会导致稀土元素(稀土镧和稀土铈)变质失效。无钠精炼剂的用量为熔炉内金属总重的0.2-0.3％，氮气的气压为0.15-0.25MPa，喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。
在优选实施例中，加入稀土镧和稀土铈进行变质之前，先用氮气喷吹金属液体5分钟-15分钟。
在优选实施例中，加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置5分钟-15分钟，加入锶后，再次净置5分钟-15分钟。
在优选实施例中，加入锶，净置5分钟-15分钟后，取样检验元素含量，当满足：锶，含量0.01-0.06％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％，然后控制温度在730-750℃之间进行浇铸。
为了对本发明的技术方案能有更进一步的了解和认识，现列举几个较佳实施例对其做进一步详细说明。
实施例1
原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为11.08％；铁，含量为0.668％；铜，含量为0.191％；锰，含量为0.383％；镁，含量为0.345％，锌，含量为0.0361％；钛，含量0.0493％；镍，含量0.171％；锶，含量0.0079％；稀土镧，含量0.0312％；稀土铈，含量0.0568％；锡，含量为≤0.00053％；铅，含量为≤0.00059％；镉，含量为≤0.0001％，余量为铝。
按照上述配比制备合金，步骤如下：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的90％，然后进行升温；升温至完全熔化后，搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(2)待温度达到830℃，分别加入钛中间合金、镍中间合金、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂，熔化后再次进行搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(3)加入剩余10％的铝锭，调整温度至760℃；
(4)将无钠精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，无钠精炼剂的用量为熔炉内金属总重的0.2-0.3％，所述氮气的气压为0.15-0.25MPa，喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。然后在搅拌的过程中加入镁。
加入镁后，检测熔炉内金属熔液的成分，当金属熔液的成分合格后，则进行下一步。
(5)用氮气喷吹金属液体10分钟后，加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置10分钟，控制温度在745-760℃之间，加入锶，再次净置10分钟。取样检验元素含量，当满足：锶含量、稀土镧含量、稀土铈含量时，进行下一步。
(7)控制温度在730-750℃之间进行浇铸。
实施例2
原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为11.33％；铁，含量为0.643％；铜，含量为0.188％；锰，含量为0.368％；镁，含量为0.343％，锌，含量为0.0353％；钛，含量0.0434％；镍，含量0.169％；锶，含量0.0074％；稀土镧，含量0.0303％；稀土铈，含量0.0568％；锡，含量为≤0.00043％；铅，含量为≤0.00069％；镉，含量为≤0.0002％，余量为铝。
按照上述配比制备合金，步骤如下：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的90％，然后进行升温；升温至完全熔化后，搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(2)待温度达到830℃，分别加入钛中间合金、镍中间合金、铁元素添加剂和铜元素添加剂，熔化后再次进行搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(3)加入剩余10％的铝锭，调整温度至760℃；
(4)将无钠精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，无钠精炼剂的用量为熔炉内金属总重的0.2-0.3％，所述氮气的气压为0.15-0.25MPa，喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。然后在搅拌的过程中加入镁。
加入镁后，检测熔炉内金属熔液的成分，当金属熔液的成分合格后，则进行下一步。
(5)用氮气喷吹金属液体10分钟后，加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置10分钟，控制温度在745-760℃之间，加入锶，再次净置10分钟。取样检验元素含量，当满足：锶含量、稀土镧含量、稀土铈含量时，进行下一步。
(7)控制温度在730-750℃之间进行浇铸。
对比例1
与实施例1相比，对比例1的制备过程与实施例1不同，原料配比与实施例1相同。对比例1的制备过程为：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的90％，然后进行升温；升温至完全熔化后，搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(2)待温度达到830℃，分别加入钛中间合金、镍中间合金、铁元素添加剂和铜元素添加剂、镁和锶。熔化后再次进行搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(3)加入剩余10％的铝锭，调整温度至760℃；
(4)将无钠精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，无钠精炼剂的用量为熔炉内金属总重的0.2-0.3％，所述氮气的气压为0.15-0.25MPa，喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。检测熔炉内金属熔液的成分，当金属熔液的成分合格后，则进行下一步。
(5)用氮气喷吹金属液体10分钟后，加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置10分钟，取样检验元素含量，当满足稀土镧和稀土铈含量时，进行下一步。
(7)控制温度在730-750℃之间进行浇铸。
对比例2
与实施例1相比，对比例2的制备过程与实施例1不同，原料配比与实施例1相同。对比例2的制备过程为：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的90％，然后进行升温；升温至完全熔化后，搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(2)待温度达到830℃，分别加入钛中间合金、镍中间合金、铁元素添加剂和铜元素添加剂，熔化后再次进行搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(3)加入剩余10％的铝锭，调整温度至760℃；
(4)将无钠精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，无钠精炼剂的用量为熔炉内金属总重的0.2-0.3％，所述氮气的气压为0.15-0.25MPa，喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。然后在搅拌的过程中加入镁和锶。检测熔炉内金属熔液的成分，当金属熔液的成分合格后，则进行下一步。
(5)用氮气喷吹金属液体10分钟后，加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置10分钟，取样检验元素含量，当满足：稀土镧含量、稀土铈含量时，进行下一步。
(7)控制温度在730-750℃之间进行浇铸。
将实施例1、实施例2制备得到的铝合金材料和对比例1、对比例2制备得到的铝合金材料进行抗拉强度、屈服强度、延伸率、导热系数的测定。具体数据如表1所示。
表1
由表1的数据可以看出，实施例1和实施例2制备得到的合金材料相比对比例1和比较例2得到合金材料具有较高的抗拉强度、屈服强度、延伸率、导热系数，说明本实施例1和实施例2制备得到的合金材料具有较好的物理性能和压铸性能，可满足薄壁件压铸。对比例1中，将镁和锶的加入步骤提前，制备得到的合金材料在抗拉强度、屈服强度、延伸率、和导热系数都较低。对比例2中，将锶的加入步骤提前，得到的合金材料在抗拉强度、屈服强度、延伸率、和导热系数相对对比例1会好一些，但是相对实施例1和实施例1和实施例2而言，性能依然较差。说明本发明制备方法中各元素的添加顺序合理，得到的合金材料具有较好的物理性能和压铸性能。
并且在使用过程中发现，实施例1和实施例2制备得到的合金材料相比ZL102合金材料和ADC12材料成型性好，易脱模，对模具的熔蚀性更小，能够有效保护生产模具，提高模具的使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种压铸铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的80％-95％，然后进行升温；
(2)待温度达到830-850℃，分别加入钛元素添加剂、镍元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂；
(3)加入剩余的铝锭，调整温度至750℃-760℃；
(4)加入精炼剂进行精炼，然后加入镁；
(5)加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)温度在745-760℃之间，加入锶；
(7)温度在730-750℃之间进行浇铸，得到铝合金材料。
2.如权利要求1所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，加入镁后，检测熔炉内金属熔液的成分，当金属熔液的成分在以下范围内：硅，含量为10.8-12.5％；铁，含量为0.5-％1.8％；铜，含量为0.15％-0.3％；锰，含量为0.15-0.65％；镁，含量为0.15％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.02-0.25％；镍,含量为0.05-0.5％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝，则加入稀土镧和稀土铈进行变质。
3.如权利要求1所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述铝合金材料按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.8-12.5％；铁，含量为0.5-％1.8％；铜，含量为0.15％-0.3％；锰，含量为0.15-0.65％；镁，含量为0.15％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.02-0.25％；镍,含量为0.05-0.8％；锶，含量0.01-0.05％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
4.如权利要求1所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述钛元素添加剂为钛中间合金，所述镍元素添加剂为镍中间合金。
5.如权利要求1所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中升温至完全熔化后，还包括进行搅拌和静置的步骤；所述步骤(2)中，还包括进行搅拌和静置的步骤，所述搅拌和静置交替进行3次以上，所述搅拌时间为3分钟-10分钟，所述静置时间为5分钟-15分钟。
6.如权利要求1所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，加入精炼剂进行精炼的具体步骤为：把精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，然后在搅拌的过程中加入镁。
7.如权利要求6所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述精炼剂为无钠精炼剂，所述无钠精炼剂的用量为熔炉内金属总重的0.2-0.3％，所述氮气的气压为0.15-0.25MPa，所述喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。
8.如权利要求1所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，加入稀土镧和稀土铈进行变质之前，先用氮气喷吹金属液体5分钟-15分钟。
9.如权利要求1所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置5分钟-15分钟，温度在745-760℃之间加入锶后，再次净置5分钟-15分钟。
10.如权利要求9所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，加入锶，净置5分钟-15分钟后，取样检验元素含量，当满足：锶，含量0.01-0.06％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％，然后控制温度在730-750℃之间进行浇铸。
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