CN109439945A - 一种含稀土元素的铝合金精炼剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含稀土元素的铝合金精炼剂，包括以下重量份的原料：KF 60～70份、NaCl 50～60份、LiCl 40～60份、冰晶石20～25份、AlF3 10～25份、CaF2 10～15份、轻质碳酸钙5～10份、石墨粉15～20份、滑石粉10～20份、MgCl2 20～30份、稀土酸盐10～30份。上述铝合金精炼剂的制备方法包括，将上述原料按照重量份配比用球磨机分别破碎，过筛，放入混料机混合均匀，制得均匀的混合物，将均匀混合物放入真空干燥箱中烘干，过筛，冷却到室温条件下，并装入真空袋抽真空密封，最终获得成品。本发明的含稀土元素的铝合金精炼剂，用于铝合金熔炼过程，不仅能够起到除渣除气的精炼目的，稀土酸盐还能够起到有效晶粒细化的作用，使得晶粒均匀分布在铝合金熔液中。

Description

一种含稀土元素的铝合金精炼剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金型材的熔炼领域，尤其是涉及一种含稀土元素的铝合金精炼剂及其制备方法。
背景技术
铝合金作为一种重要的有色金属材料，广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业等领域。针对铝合金铸造，通常要求铸件不允许有缩孔、气孔以及夹渣等缺陷，以保证铸件的力学性能、耐腐蚀性能等等。最常用手段就是在铝合金熔炼过程中加入精炼剂，除去在铝合金熔体中产生的氢气以及熔体中的氧化夹渣，以保证铸件质量。
中国专利CN 105316508A公开了一种含铈镧铒的铝合金精炼剂，包括A料和B料，其中，所述A料包括以下重量份的原料：NaCl 70～80份，KCl 50～56份，CaCl2 10～15份，NaF30～36份，AlF3 10～12份，氟铝酸钠10～12份，大理石粉12～18份，轻质碳酸钙15～25份；所述B料由C2Cl6、TiO2与金属按重量比5:1.5～2:1～1.5组成，所述金属为包含Mg、Ce、La、Er的混合金属；A料和B料配合使用，重量比为2～4:1。但是从配方中发现里边含有纯稀土金属，由于稀土的活性较高，很容易发生氧化形成氧化物，氧化物造渣浮在铝合金熔体上方，虽然有一部分氧化稀土可以被铝还原回稀土，但是不可避免地造成稀土继续氧化形成氧化物夹渣影响铸件性能。如果稀土元素以稀土酸盐的形式加入可以很好地解决上述问题，并且稀土盐可以发挥细化铝合金组织、消除铸件气孔的作用，从而改善了铝合金铸件的质量。
现有技术中将稀土金属或稀土中间合金作为精炼剂组成的一部分，导致在非真空条件下，稀土很容易发生氧化形成氧化物，氧化造渣形成夹渣影响铝合金铸件的质量。另外，稀土元素本身具有细化铝合金组织的作用，如果稀土元素以上述形式存在会造成稀土的损耗，稀土以氧化物的形式(夹渣的形式)存在不能有效发挥细化晶粒的作用。针对现有技术的缺点：成本高，效率低，耗时间等问题，急需研发一种精炼剂，在保证精炼剂去除铸造缺陷的同时，还高效地发挥了稀土细化晶粒的作用，实现了“精炼+细化”的双重功效。
发明内容
本发明提供了一种含稀土元素的铝合金精炼剂，在保证精炼剂去除铸造缺陷的同时，还高效地发挥了稀土细化晶粒的作用。
本发明的技术方案：
一种含稀土元素的铝合金精炼剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：KF 60～70份、NaCl 50～60份、LiCl 40～60份、冰晶石20～25份、AlF3 10～25份、CaF2 10～15份、轻质碳酸钙5～10份、石墨粉15～20份、滑石粉10～20份、MgCl2 20～30份、稀土酸盐10～30份；
所述精炼剂的配置方法包括以下步骤：
S1：将上述原料按照重量份配比用球磨机分别破碎，并过200目的筛网，球磨过程中加入蒸馏水，起到降温、润滑的作用；
S2：将步骤S1制得的原料按重量份配比放入混料机，混合均匀，制得均匀的混合物；
S3：将步骤S2制得的均匀混合物放入真空干燥箱中烘干，烘干温度为100～120℃，时间为0.5～1h；
S4：将步骤S3烘干后的均匀混合物用200目的筛网过筛，冷却到室温条件下，并装入真空袋抽真空密封，最终获得成品。
优选地，上述精炼剂包括以下重量份的原料：KF 50份、NaCl 55份、LiCl 45份、冰晶石25份、AlF3 15份、CaF2 15份、轻质碳酸钙5份、石墨粉15份、滑石粉10份、MgCl2 20份、稀土酸盐10份。
上述精炼剂的使用方法包括以下步骤：
S1：将合金原料装入坩埚中，打开电阻炉和控温仪，在300℃下进行预热，保温时间为30-50min，目的是防止炉料表面生成水蒸气引起熔体爆炸；
S2：保温结束以后，把温度升至700～900℃，待原料熔化后，保温20min，再用石墨钟罩压入事先烘干的精炼剂，待10min过后，取出石墨钟罩，待合金液表面无气泡产生时，熔体稳定10min后，捞渣浇铸，以消除合金中的气孔和疏松等缺陷。
优选地，所述精炼剂适用于铝合金、锌铝合金的精炼剂，或者热浸镀铝合金、锌铝合金的覆盖剂。
优选地，所述稀土酸盐为轻稀土的氯化物、氟化物、硝酸化合物中的一种及其以上复配。
优选地，所述稀土酸盐为重稀土的氯化物、氟化物、硝酸化合物中的一种及其以上复配。
优选地，所述步骤S3制得的铝合金精炼剂的总体含水量小于0.5％。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1)本发明的精炼剂加入了稀土金属，稀土金属与H2、S等杂质元素具有很强的化学亲和力，可以与各种杂质元素形成化合物，能消除有害杂质的影响；稀土金属对铝合金组织起到变质和细化作用，有效减小铝合金的枝晶间距，细化铸态晶粒，提高了合金的力学性能；
2)本发明的精炼剂能有效去除铝液中的夹杂物与气体，起到净化铝液的作用，处理后的铝液中氢含量低于0.12ml/g Al。
具体实施方式
一种含稀土元素的铝合金精炼剂的配置方法，包括以下步骤：
S1：将下述配方中原料按照重量份配比用球磨机分别破碎，并过200目的筛网，球磨过程中加入蒸馏水，起到降温、润滑的作用；
S2：将步骤S1制得的原料按重量份配比放入混料机，混合均匀，制得均匀的混合物；
S3：将步骤S2制得的均匀混合物放入真空干燥箱中烘干，烘干温度为100～120℃，时间为0.5～1h，制得的铝合金精炼剂的总体含水量小于0.5％；
S4：将步骤S3烘干后的均匀混合物用200目的筛网过筛，冷却到室温条件下，并装入真空袋抽真空密封，最终获得成品。
上述精炼剂的使用方法包括以下步骤：
S1：将合金原料装入坩埚中，打开电阻炉和控温仪，在300℃下进行预热，保温时间为30-50min，目的是防止炉料表面生成水蒸气引起熔体爆炸；
S2：保温结束以后，把温度升至700～900℃，待原料熔化后，保温20min，再用石墨钟罩压入事先烘干的精炼剂，待10min过后，取出石墨钟罩，待合金液表面无气泡产生时，熔体稳定10min后，捞渣浇铸，以消除合金中的气孔和疏松等缺陷。
上述精炼剂适用于铝合金、锌铝合金的精炼剂，或者热浸镀铝合金、锌铝合金的覆盖剂。
其中，所述稀土酸盐为轻稀土的氯化物、氟化物、硝酸化合物中的一种及其以上复配。
或者，所述稀土酸盐为重稀土的氯化物、氟化物、硝酸化合物中的一种及其以上复配。
对比例1：
一种含稀土元素的铝合金精炼剂，包括以下重量份原料，KF 65份、NaCl 55份、LiCl 50份、冰晶石22份、AlF3 17份、CaF2 12份、轻质碳酸钙7份、石墨粉17份、滑石粉15份、MgCl2 25份、稀土Ce 10份、稀土La 10份。
对比例2：
一种含稀土元素的铝合金精炼剂，包括以下重量份原料，KF 65份、NaCl 55份、LiCl 50份、冰晶石22份、AlF3 17份、CaF2 12份、轻质碳酸钙7份、石墨粉17份、滑石粉15份、MgCl2 25份、稀土Pr 10份、稀土Nd10份。
对比例3：
一种含稀土元素的铝合金精炼剂，包括以下重量份原料，KF 65份、NaCl 55份、LiCl 50份、冰晶石22份、AlF3 17份、CaF2 12份、轻质碳酸钙7份、石墨粉17份、滑石粉15份、MgCl2 25份、La、Ce混合稀土20份。
实施例1：
一种含稀土元素的铝合金精炼剂，包括以下重量份原料，KF 60份、NaCl 50份、LiCl 40份、冰晶石20份、AlF3 10份、CaF2 10份、轻质碳酸钙5份、石墨粉15份、滑石粉10份、MgCl2 20份、CeCl3 5份、LaCl 35份。
实施例2：
一种含稀土元素的铝合金精炼剂，包括以下重量份原料，KF 70份、NaCl 60份、LiCl 60份、冰晶石25份、AlF3 25份、CaF2 15份、轻质碳酸钙10份、石墨粉20份、滑石粉20份、MgCl2 30份、CeF4 15份、LaF3 15份。
实施例3：
一种含稀土元素的铝合金精炼剂，包括以下重量份原料，KF 65份、NaCl 55份、LiCl 50份、冰晶石22份、AlF3 17份、CaF2 12份、轻质碳酸钙7份、石墨粉17份、滑石粉15份、MgCl2 25份、Ce(NO)3 10份、La(NO)3 10份。
表1 采用对比例1～3和实施例1～3中制备的精炼剂应用于Al-17.5Si合金获得的合金力学性能对比表。
案例 抗拉强度(室温，MPa) 延伸率(％)
对比例1 136MPa 45
对比例2 145MPa 30
对比例3 130MPa 35
实施例1 150MPa 50
实施例2 165MPa 55
实施例3 170MPa 45
加入稀土酸盐的实施例1、实施例2和实施例3，分别与对比例1、对比例2和对比例3相比，抗拉强度与延伸率的提高，归咎于精炼剂改善了铝合金组织的致密性，以及稀土酸盐发挥了稀土元素细化晶粒的作用，导致抗拉强度的提升，而且稀土元素也有益于改善合金的韧性，因此延伸率有所改善。
具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种含稀土元素的铝合金精炼剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：KF 60～70份、NaCl 50～60份、LiCl 40～60份、冰晶石20～25份、AlF3 10～25份、CaF2 10～15份、轻质碳酸钙5～10份、石墨粉15～20份、滑石粉10～20份、MgCl2 20～30份、稀土酸盐10～30份。
2.根据权利要求1所述的一种含稀土元素的铝合金精炼剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：KF 50份、NaCl 55份、LiCl 45份、冰晶石25份、AlF3 15份、CaF2 15份、轻质碳酸钙5份、石墨粉15份、滑石粉10份、MgCl2 20份、稀土酸盐10份。
3.根据权利要求1所述的一种含稀土元素的铝合金精炼剂，其特征在于，所述精炼剂适用于铝合金、锌铝合金的精炼剂，或者热浸镀铝合金、锌铝合金的覆盖剂。
4.根据权利要求1所述的一种含稀土元素的铝合金精炼剂，其特征在于，所述稀土酸盐为轻稀土的氯化物、氟化物、硝酸化合物中的一种及其以上复配。
5.根据权利要求1所述的一种含稀土元素的铝合金精炼剂，其特征在于，所述稀土酸盐为重稀土的氯化物、氟化物、硝酸化合物中的一种及其以上复配。
6.根据权利要求1所述的一种含稀土元素的铝合金精炼剂，其特征在于，所述步骤S3制得的铝合金精炼剂的总体含水量小于0.5％。
7.根据以上任一权利要求所述的一种含稀土元素的铝合金精炼剂，其特征在于，所述精炼剂的配置方法包括以下步骤：
S1：将上述原料按照重量份配比用球磨机分别破碎，并过200目的筛网，球磨过程中加入蒸馏水；
S2：将步骤S1制得的原料按重量份配比放入混料机，混合均匀，制得均匀的混合物；
S3：将步骤S2制得的均匀混合物放入真空干燥箱中烘干，烘干温度为100～120℃，时间为0.5～1h；
S4：将步骤S3烘干后的均匀混合物用200目的筛网过筛，冷却到室温条件下，并装入真空袋抽真空密封，最终获得成品。
8.含稀土元素的铝合金精炼剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将合金原料装入坩埚中，打开电阻炉和控温仪，在300℃下进行预热，保温时间为30-50min；
S2：保温结束以后，把温度升至700～900℃，待原料熔化后，保温20min，再用石墨钟罩压入事先烘干的精炼剂，待10min过后，取出石墨钟罩，待合金液表面无气泡产生时，熔体稳定10min后，捞渣浇铸。
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