CN110241342A

CN110241342A - 一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法

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Publication number: CN110241342A
Application number: CN201910666238.0A
Authority: CN
Inventors: 袁名万
Original assignee: SICHUAN LANDE INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN LANDE INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2019-09-17
Anticipated expiration: 2039-07-23
Also published as: CN110241342B

Abstract

本发明公开了一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法，按质量百分比计，由以下组分组成：Mn55～85％、微量元素：0.1～0.3％，余量为Al。其中，一种高锰含量铝锰中间合金，微量元素由Fe、O、C、N、Si、Ti组成。铝锰中间合金中的锰的含量为55～80％。本发明的制备过程，使得得到的铝锰中间合金的杂质少，成分均匀，能有效的减少锰的烧损，并且合金的成分均匀，纯净度高。

Description

一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝中间合金领域，具体涉及一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法。

背景技术

铝合金中的锰元素多作为合金组织成份调整加入，用以提高再结晶温度，阻止再结晶，细化晶粒等作用，并具有一定的固溶强化能力、提高应力腐蚀抗力、降低淬火敏感性以及抗氧化腐蚀性能等。铝合金中锰元素的加入通常有两种方式：锰元素添加剂和铝锰中间合金。锰元素添加剂为金属锰粉掺加助熔剂压制成的块状物，由于金属锰粉易氧化而且助熔剂附带部分夹杂物，而铝锰中间合金没有熔剂，相对于锰元素添加剂要纯净，且元素烧损更少，元素得率更加稳定，故铝锰中间合金适合用于航天、军工等高端材料应用场景。

但是，现有的铝锰中间合金中，锰元素含量通常都不高，当锰含量太高时，中间合金在铝水中的熔化速度很慢，影响生产效率。所以，现有的铝-锰中间合金中，合金元素的含量比较低，一般都在25％以下。但是，当锰的含量较低时，势必会增加铝合金的生产成本，使得中间合金在生产成本上逐渐失去竞争力。

所以一种高锰含量的铝锰合金及其制备方法是迫切需要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的铝锰中间合金的锰含量较低，生产成本高，而高锰含量的铝锰中间合金的熔点又过高，使用不便，目的在于提供一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法，解决高锰含量的铝锰合金制备,以及铝熔体温度在720～800℃时的添加完全重熔问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法，按质量百分比计，由以下组分组成：Mn55～85％、微量元素：0.1～0.3％，余量为Al。

其中，一种高锰含量铝锰中间合金，微量元素由Fe、O、C、N、Si、Ti组成。铝锰中间合金中的锰的含量为55～80％。

一种高锰含量铝锰中间合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用高纯度铝锭和高纯度电解锰片为原材料，按质量百分比计，高纯度铝锭为15～45％，高纯度电解锰片为55～85％；

(2)中频感应炉预热至180～220℃时向石墨坩埚内加入第一部分高纯铝锭，然后撒入质量百分比10％的覆盖剂，升温使其熔化；其中，第一部分高纯铝锭的质量为高纯铝锭总质量的60％；

(3)待第一部分高纯铝锭全部熔化后，在700～780℃时加入第一部分高纯度电解锰片，加入过程同时搅拌促进第一部分高纯度电解锰片熔解；升温至1250～140℃，待首批料熔化后加入第二部分高纯度电解锰片，加料同时搅拌，待全部熔化后加入第三部分高纯度电解锰片，熔化得到合金液；其中，第一部分高纯度电解锰片的质量为高纯度电解锰片总质量的50％，第二部分高纯度电解锰片的质量为高纯度电解锰片总质量的25％，第三部分高纯度电解锰片的质量为高纯度电解锰片总质量的25％；

(4)合金液在1250～1320℃下通入氩气精炼30min，并继续保温30min；

(5)加入第二批高纯铝锭，搅拌降温，倒出液态覆盖剂，加入打渣剂，使合金液表面无浮渣；第二批高纯铝锭的质量为高纯铝锭总质量的40％；

(6)在850℃将合金液浇铸成合金块；

(7)将合金块通过破碎机破碎成5～25mm的颗粒备用。

由于锰熔点高，直接加入易导致锰粉烧损。本发明采用先熔化铝锭，在750℃相对低温时加入金属锰，利用铝液的包裹在锰表面，避免金属锰直接与空气接触氧化，同时加入专用覆盖剂进一步减少锰粉烧损。

采用高纯金属铝锭与电解锰粉为原料，与锰元素添加剂相比较避免熔剂附带夹杂物；合金高温熔化后进行吹氩气精炼，不但有效除气去杂，同时均匀熔体成分。得到的中间合金成分均匀，并且纯净度高。

由于锰熔点高，传统大块铝锰中间合金在常规铝合金制造温度下熔化速度慢。本发明将铝锰中间合金破碎成易吸收的小颗粒，增加了铝锰中间合金的活性，增大了与铝熔体接触的表面积，加速了铝锰中间合金在铝熔体中的熔解速度，从而降低了高含量铝锰中间合金在铝熔体中的添加温度(720～740℃)。并且通过本发明的制备方法得到铝锰中间合金不仅锰的含量较高，高达60～80％，同时，在高锰含量的情况下，铝锰合金在750℃内能完全熔解，同时锰的收得率较高。

本覆盖剂主要包括以下元素：Na：10～20wt％、K：10～20wt％、Mg：5～10wt％、B：1～5wt％、F：1～6wt％、Cl：10～30wt％、O：16～26wt％。

为提高高温下的保护效果，本发明采用了上述覆盖剂的配方，上述元素的熔点和表面张力具有较好的覆盖作用，适当的熔点保证了熔剂对合金熔体的保护覆盖，防止金属液吸气。

本申请使用上述覆盖剂，与上述工艺相配合，与现有的制备工艺相比，能更好的在较低温度下将铝锰合金的熔化时间缩短，并且通过覆盖剂与制备工艺的相结合，得到成分均匀，纯净度高的铝锰合金。

同时，打渣剂为稻壳，稻壳粉末漂浮在铝熔体上，在使用时，能更好的吸附液态覆盖剂，并且结合本工艺的覆盖剂组分，容易将合金液表面的覆盖剂清除干净，同时稻壳的使用，结合本工艺，能有效的提高锰的收得率。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法，本发明的制备过程，使得到的铝锰中间合金的杂质少，成分均匀，能有效的减少锰的烧损，并且合金的成分均匀，纯净度高；

2、本发明一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法，本发明的中间合金的锰含量较高，达到55～80％，同时在高锰含量的情况下，在本发明的制备方法下以及使其切割为5～25mm的颗粒的方法相结合下，能有效的减少铝锰合金的在铝熔体中重熔时间和温度，在750℃左右即可完全熔化，能最大程度的节约成本，提高使用效率；

3、本发明一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法，采用常规感应炉加料工艺，通过先熔铝液对锰片的包裹作用，并辅以覆盖保护措施，无需真空熔炼即可得到合格的铝锰二元中间合金，生产过程简单，降低制造成本。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本发明一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法，包括按质量百分比计，由以下组分组成：Mn55～85％、微量元素：0.1～0.3％，余量为Al。

一种高锰含量铝锰中间合金，微量元素由Fe、O、C、N、Si、Ti组成。

一种高锰含量铝锰中间合金，铝锰中间合金中的锰的含量为55～80％。

其中，一种高锰含量铝锰中间合金的制备方法，包括以下步骤：

(2)中频感应炉预热至200℃时向石墨坩埚内加入第一部分高纯铝锭，然后撒入质量百分比10％的覆盖剂，升温使其熔化；其中，第一部分高纯铝锭的质量为高纯铝锭总质量的60％；

(3)待第一部分高纯铝锭全部熔化后，在750℃时加入第一部分高纯度电解锰片，加入过程同时搅拌促进第一部分高纯度电解锰片熔解；升温至1300℃，待首批料熔化后加入第二部分高纯度电解锰片，加料同时搅拌，待全部熔化后加入第三部分高纯度电解锰片，熔化得到合金液；其中，第一部分高纯度电解锰片的质量为高纯度电解锰片总质量的50％，第二部分高纯度电解锰片的质量为高纯度电解锰片总质量的25％，第三部分高纯度电解锰片的质量为高纯度电解锰片总质量的25％；

(4)合金液在1300℃下通入氩气精炼30min，并继续保温30min；

(5)加入第二部分高纯铝锭，搅拌降温，倒出液态覆盖剂，加入稻壳吸收剩余液态熔剂至合金液表面光亮干净无浮渣；第二部分高纯铝锭的质量为高纯铝锭总质量的40％；

(6)在850℃将合金液浇铸成合金块；

(7)将合金块通过破碎机破碎成5～25mm的颗粒备用。

并且，覆盖剂包括以下元素：Na：10～20wt％、K：10～20wt％、Mg：5～10wt％、B：1～5wt％、F：1～6wt％、Cl：10～30wt％、O：16～26wt％。

实施例2

以质量为单位，分别称取40公斤A00级铝锭，60公斤纯度为99.7％高纯电解锰片；

中频感应炉预热至180～220℃时向石墨坩埚内加入24公斤的高纯铝锭，加热至750℃使其熔化，然后撒入质量百分比10％的覆盖剂，保温熔化升温；

待高纯铝锭全部熔化后，在750℃时加入30公斤高纯度电解锰片，加入过程同时搅拌促进第一部分高纯度电解锰片熔解；升温至1300℃，待首批料熔化后加入15公斤第二部分高纯度电解锰片，加料同时搅拌，待全部熔化后加入15公斤第三部分高纯度电解锰片，熔化得到合金液；

合金液在1250～1320℃下通入氩气精炼30min，并继续保温30min；

加入16公斤第二部分高纯铝锭，搅拌降温，倒出液态覆盖剂，吹氩气搅拌精炼5分钟；静置10分钟待夹杂物充分上浮后撇去浮渣，加入稻壳吸收剩余液态熔剂至合金液表面光亮干净无浮渣；在850℃将合金液浇铸成合金块；将合金块通过破碎机破碎成5～25mm的颗粒备用，即可得到AlMn60中间合金。

实施例3：

以质量为单位，分别称取30公斤A00级铝锭，70公斤纯度为99.7％高纯电解锰片；

中频感应炉预热至180～220℃时向石墨坩埚内加入18公斤的高纯铝锭，加热至750℃使其熔化，然后撒入质量百分比10％的覆盖剂，保温熔化升温；

待高纯铝锭全部熔化后，在750℃时加入35公斤高纯度电解锰片，加入过程同时搅拌促进第一部分高纯度电解锰片熔解；升温至1300℃，待首批料熔化后加入17.5公斤第二部分高纯度电解锰片，加料同时搅拌，待全部熔化后加入17.5公斤第三部分高纯度电解锰片，熔化得到合金液；

合金液在1300℃下通入氩气精炼30min，并继续保温30min；

加入12公斤第二部分高纯铝锭，搅拌降温，倒出液态覆盖剂，吹氩气搅拌精炼5分钟；静置10分钟待夹杂物充分上浮后撇去浮渣，加入稻壳吸收剩余液态熔剂至合金液表面光亮干净无浮渣；在850℃将合金液浇铸成合金块；将合金块通过破碎机破碎成5～25mm的颗粒备用，即可得到AlMn70中间合金。

实施例4

将实施例2～3所得中间合金、现有的锰含量为50％的铝锰中间合金、现有的锰含量为60％的铝锰中间合金以及采用实施例2中的制备方法，但采用现有的覆盖剂制备得到的铝锰中间合金进行测试，得到如下数据：

表1

将现有的锰含量为50％的铝锰中间合金、现有的锰含量为60％的铝锰中间合金以及实施例2采用现有覆盖剂得到的铝锰中间合金，通过破碎机破碎成5～25mm的颗粒，进行测试：

表2

将实施例2和实施例3中打渣剂稻壳粉末，改为二氧化硅粉末材料，其他工艺不变，得到的铝锰中间合金进行测试，得到如下数据：

表3

	实施例2所得的铝锰中间合金	实施例3所得的铝锰中间合金
			720℃锰的收得率	90％	88％
750℃锰的收得率	93％	91％
			780℃锰的收得率	94％	92％

通过表1和表3可知，本发明的打渣剂选择稻壳，结合本发明的组分的选择以及制备的工艺，能有效的在较低的温度下，得到100％的锰收得率，进一步的提高使用效率，同时合金的杂质更少，有效的在低温下提高锰元素的收得率。

综上所述，本发明的高锰含量的中间合金在本发明的制备方法下，得到的中间合金在高锰含量的情况下，能最大程度的降低合金的熔化温度，在750℃左右能得到100％的锰收得率，不仅能有效的降低成本，并且合金杂质少，使用效率更高。同时，本发明的制备方法和本发明中的覆盖剂相结合，能有效防止铝液吸气，提高熔体流动性，进而最终能在较低的温度下，将锰全部溶解，并且在较低温度下得到100％的锰收得率。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高锰含量铝锰中间合金，其特征在于，按质量百分比计，由以下组分组成：Mn55～85％、微量元素：0.1～0.3％，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的一种高锰含量铝锰中间合金，其特征在于，微量元素由Fe、O、C、N、Si、Ti组成。

3.根据权利要求1所述的一种高锰含量铝锰中间合金，其特征在于，铝锰中间合金中的锰的含量为55～80％。

4.一种高锰含量铝锰中间合金的制备方法，包括权利要求1～3任一所述的高锰含量的铝锰中间合金，其特征在于，包括以下步骤：

(6)在850℃将合金液浇铸成合金块；

(7)将合金块通过破碎机破碎成5～25mm的颗粒备用。

5.根据权利要求4所述的一种高锰含量铝锰中间合金的制备方法，其特征在于，覆盖剂包括以下元素：Na：10～20wt％、K：10～20wt％、Mg：5～10wt％、B：1～5wt％、F：1～6wt％、Cl：10～30wt％、O：16～26wt％。

6.根据权利要求4所述的一种高锰含量铝锰中间合金的制备方法，其特征在于，打渣剂为稻壳。