CN111020256A - 一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺 - Google Patents

一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冶金领域，特别是涉及一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺。该工艺包括如下步骤：(1)熔炼；(2)搅拌、扒渣；(3)静置；(4)取样分析；(5)配料；(6)除气精炼；(7)补加合金；(8)偏析调节剂添加；(9)过滤、二次取样；(10)超声铸造。其中，按照质量百分比，铝合金产品的元素组成为：Si：0.3‑0.6；Fe：0.5‑0.6；Mg：0.45‑1.32；Cu：0.12‑0.27；Mn：0.11‑0.13；Zn：0.10‑0.22；Cr：0.03‑0.13；余量为Al和不可避免的杂质元素；该工艺生产的再生铝能够达到电子产品用铝合金的性能指标，具有更好的经济性和环保价值。

Description

一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺
技术领域
本发明涉及冶金领域，特别是涉及一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺。
背景技术
6xxx系铝硅合金是一种特殊牌号的铝合金产品，该系列的铝合金具有良好的可成型性、可焊接性和可机加工性，退火后仍能维持较好的可操作性。该合金可经热处理进行强化；其强度中等，抗腐蚀性能优良，材料易于抛光、上色，加工后不易变形。基于上述性能，6xxx系铝合金中6082、6063、6061等牌号的铝合金在电子和机电设备及外壳等产品中有有着非常广泛的应用。
铝合金产品成型过程中会产生大量加工废料，同时在金属回收过程中也会产生大量的回收铝材；上述铝材料可以通过重熔精炼获得再生铝，目前全世界每年的再生铝产量约占原铝产量的三分之一以上。再生铝生产是对废弃资源的重新利用，具有极大的环保价值，世界各国都鼓励再生铝的研发和利用。但是，由于再生铝的成分复杂，除杂难度高，加工过程容易产生废气和粉尘污染。最重要的是，再生铝铸造加工过程中，铸件断面上各部分及晶粒和晶界之间存在化学成分不均匀的现象，这种偏析非常现象普遍，因此会极大影响铸件的性能和寿命，限制再生铝的应用。因此目前市场上的再生铝产品主要为低端的可锻铝合金或铸造铝合金，以及作为炼钢的脱氧剂等。
目前，相关的研发人员正在研究利用再生铝生产6xxx或7xxx系列高端铝合金的方案，期望通过进一步的精炼和晶粒细化手段改善再生铝的品质，缩小晶粒尺寸，改善偏析现象，降低铸件的中心裂纹。例如中国专利授权公告号CN106591616B公开的一种再生铝晶粒细化工艺及再生铝处理工艺，即是这样的一种方案。但是以目前公开的各项成果来看，现有技术中依然很难利用再生铝加工得到符合要求的高端铝合金产品。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，该工艺生产的再生铝能够达到电子产品用铝合金的性能指标，具有更好的经济性和环保价值。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，包括如下步骤：
(1)熔炼：将熔炉温度升高至690-800℃，将回收铝和铝加工废料投入到炉内熔化；
(2)搅拌、扒渣：继续升高炉内温度至825-840℃，搅拌13-15min，静置8-10min后再次搅拌，循环搅拌-静置不少于3次，然后扒除铝液表面浮渣；
(3)静置：将熔炼炉内的铝液排至静置炉内，降低铝液温度至735-760℃，静置30min；
(4)取样分析：对铝液进行取样分析，根据目标铝合金的成分配方计算需要添加的元素或中间合金；
(5)配料：铝液流入到熔炉中，将补加元素金属和中间合金溶解于铝液中，充分扩散吸收得到铝熔体；
(6)除气精炼：将粉状无钠精炼剂喷入到熔体中，利用氩气作为精炼气体，进行炉内精炼，精炼时间为20-25min，精炼后扒渣；
(7)补加合金：按照预期分析结果补加硅元素和镁元素，采用喂入中间合金的方式添加；并加铝钛硼合金，添加量为0.004-0.006wt％；
(8)偏析调节剂添加：向熔体中加入0.005-0.012wt％的偏析调节剂，充分搅拌后维持铝熔体温度为730-740℃，静置40-50min；
(9)过滤、二次取样：依次采用双级陶瓷过滤板和超细粒度过滤管组对铝熔体进行在线过滤，过滤完成后对熔体进行取样分析；
(10)超声铸造：将上步骤铝熔体投入到热顶铸造结晶器中进行连铸引锭，铸造过程中，采用超声振动系统沿浇铸口周向对铝锭进行超声处理；得到铝合金圆锭产品。
本发明中，按照质量百分比，铝合金产品的元素组成为：Si：0.3-0.6；Fe：0.5-0.6；Mg：0.45-1.32；Cu：0.12-0.27；Mn：0.11-0.13；Zn：0.10-0.22；Cr：0.03-0.13；余量为Al和不可避免的杂质元素。
优选地，所述步骤(5)中，镁元素利用斜流槽使铝液冲刷镁锭进行添加；硅元素采用铝硅中间合金进行添加；铜、锌元素采用锌铝铜合金进行添加。
优选地，所述步骤(6)中精炼气体的氩气中混入适量氯气，氯气在混合气体中的体积比不超过15％。
进一步优选地，所述精炼气体中氯气和氩气的体积比为1:9。
本发明中，所述步骤(8)中使用的偏析调节剂的制备方法为：
按照质量比，将1-3gY2O3、0.3-1.2gSc2O3和4-6gInAlNSb量子点充分研磨混合，然后将混合物加入到120-165ml的柠檬酸溶液中，以655-70℃的温度水浴，充分搅拌反应2-2.5h；对分散体进行抽滤，得到的固形物用无水乙醇洗涤，烘干后将产物研磨至600-850目，得到所需的偏析调节剂。
优选地，所述柠檬酸溶液的浓度为0.25mol/L。
优选地，所述步骤(9)中的双级陶瓷过滤板的目数选择采用30+40ppi、30+50ppi、40+50ppi、40+60ppi、50+60ppi中的一组方案。
优选地，所述步骤(9)中的超细粒度过滤管组选择最大夹杂物粒径不超过5μm的22-26管组。
优选地，所述步骤(10)中超声振动系统的频率为20-30kHz，功率为1-1.6kW。
本发明具有如下的有益效果：
本发明采用新工艺可以利用再生铝生产高性能的电子类铝合金，从而大大提高再生铝合金产品的价值，降低生产成本，提高加工过程绿色环保的生态效应。
铝合金的冶炼过程中，通过精炼剂和多重过滤工艺去除铝液中的杂质，使用铝钛硼晶粒细化剂细化合金中的等轴晶，减少毛晶和柱状晶，有效地克服铸造裂纹；在熔体中添加偏析助剂，利用偏析助剂改善合金铸造过程中晶间偏析现象，铸造加工过程中通过超声偏析与偏析助剂产生协同作用，最大程度改善铝合金的金相组织性能，降低铝合金微观缺陷。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，包括如下步骤：
(1)熔炼：将熔炉温度升高至690℃，将回收铝和铝加工废料投入到炉内熔化；
(2)搅拌、扒渣：继续升高炉内温度至825℃，搅拌13min，静置8min后再次搅拌，循环搅拌-静置不少于3次，然后扒除铝液表面浮渣；
(3)静置：将熔炼炉内的铝液排至静置炉内，降低铝液温度至735℃，静置30min；
(4)取样化验：对铝液进行取样分析，根据目标铝合金的成分配方计算需要添加的元素或中间合金；
(5)配料：铝液流入到熔炉中，将补加元素金属和中间合金溶解于铝液中，充分扩散吸收得到铝熔体；
(6)除气精炼：将粉状无钠精炼剂喷入到熔体中，利用氩气作为精炼气体，进行炉内精炼，精炼时间为20min，精炼后扒渣；
(7)补加合金：按照预期分析结果补加硅元素和镁元素，采用喂入中间合金的方式添加；并加铝钛硼合金，添加量为0.004wt％；
(8)偏析调节剂添加：向熔体中加入0.005wt％的偏析调节剂，充分搅拌后维持铝熔体温度为730℃，静置40min；
(9)过滤、二次取样：依次采用双级陶瓷过滤板和超细粒度过滤管组对铝熔体进行在线过滤，过滤完成后对熔体进行取样分析；
(10)超声铸造：将上步骤铝熔体投入到热顶铸造结晶器中进行连铸引锭，铸造过程中，采用超声振动系统沿浇铸口周向对铝锭进行超声处理；得到铝合金圆锭产品。
本实施例中，按照质量百分比，铝合金产品的元素组成为：Si：0.3；Fe：0.5；Mg：0.45；Cu：0.12；Mn：0.11；Zn：0.10；Cr：0.03；余量为Al和不可避免的杂质元素。
其中，步骤(5)中，镁元素利用斜流槽使铝液冲刷镁锭进行添加；硅元素采用铝硅中间合金进行添加；铜、锌元素采用锌铝铜合金进行添加。
步骤(6)中精炼气体的氩气中混入适量氯气，氯气在混合气体中的体积比为15％。
本实施例中，步骤(8)中使用的偏析调节剂的制备方法为：
按照质量比，将1gY2O3、0.3gSc2O3和4gInAlNSb量子点充分研磨混合，然后将混合物加入到120ml的柠檬酸溶液中，柠檬酸溶液的浓度为0.25mol/L；以55℃的温度水浴处理，充分搅拌反应2h；对分散体进行抽滤，得到的固形物用无水乙醇洗涤，烘干后将产物研磨至600目，得到所需的偏析调节剂。
其中，步骤(9)中的双级陶瓷过滤板采用规格为30+40ppi的组合。
步骤(9)中的超细粒度过滤管组选择最大夹杂物粒径不超过5μm的22管组。
步骤(10)中超声振动系统的频率为20kHz，功率为1kW。
实施例2
一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，包括如下步骤：
(1)熔炼：将熔炉温度升高至800℃，将回收铝和铝加工废料投入到炉内熔化；
(2)搅拌、扒渣：继续升高炉内温度至840℃，搅拌15min，静置10min后再次搅拌，循环搅拌-静置不少于3次，然后扒除铝液表面浮渣；
(3)静置：将熔炼炉内的铝液排至静置炉内，降低铝液温度至760℃，静置30min；
(4)取样化验：对铝液进行取样分析，根据目标铝合金的成分配方计算需要添加的元素或中间合金；
(5)配料：铝液流入到熔炉中，将补加元素金属和中间合金溶解于铝液中，充分扩散吸收得到铝熔体；
(6)除气精炼：将粉状无钠精炼剂喷入到熔体中，利用氩气作为精炼气体，进行炉内精炼，精炼时间为25min，精炼后扒渣；
(7)补加合金：按照预期分析结果补加硅元素和镁元素，采用喂入中间合金的方式添加；并加铝钛硼合金，添加量为0.006wt％；
(8)偏析调节剂添加：向熔体中加入0.012wt％的偏析调节剂，充分搅拌后维持铝熔体温度为740℃，静置50min；
(9)过滤、二次取样：依次采用双级陶瓷过滤板和超细粒度过滤管组对铝熔体进行在线过滤，过滤完成后对熔体进行取样分析；
(10)超声铸造：将上步骤铝熔体投入到热顶铸造结晶器中进行连铸引锭，铸造过程中，采用超声振动系统沿浇铸口周向对铝锭进行超声处理；得到铝合金圆锭产品。
本实施例中，按照质量百分比，铝合金产品的元素组成为：Si：0.6；Fe：0.6；Mg：1.32；Cu：0.27；Mn：0.13；Zn：0.22；Cr：0.13；余量为Al和不可避免的杂质元素。
其中，步骤(5)中，镁元素利用斜流槽使铝液冲刷镁锭进行添加；硅元素采用铝硅中间合金进行添加；铜、锌元素采用锌铝铜合金进行添加。
步骤(6)中精炼气体的氩气中混入适量氯气，氯气在混合气体中的体积占比为12％。
本实施例中，步骤(8)中使用的偏析调节剂的制备方法为：
按照质量比，将3gY2O3、1.2gSc2O3和6gInAlNSb量子点充分研磨混合，然后将混合物加入到165ml的柠檬酸溶液中，柠檬酸溶液的浓度为0.25mol/L；以70℃的温度水浴处理，充分搅拌反应2.5h；对分散体进行抽滤，得到的固形物用无水乙醇洗涤，烘干后将产物研磨至600-850目，得到所需的偏析调节剂。
其中，步骤(9)中的双级陶瓷过滤板采用40+50ppi的组合。
步骤(9)中的超细粒度过滤管组选择最大夹杂物粒径不超过5μm的26管组。
步骤(10)中超声振动系统的频率为30kHz，功率为1.6kW。
实施例3
一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，包括如下步骤：
(1)熔炼：将熔炉温度升高至730℃，将回收铝和铝加工废料投入到炉内熔化；
(2)搅拌、扒渣：继续升高炉内温度至830℃，搅拌14min，静置9min后再次搅拌，循环搅拌-静置不少于3次，然后扒除铝液表面浮渣；
(3)静置：将熔炼炉内的铝液排至静置炉内，降低铝液温度至750℃，静置30min；
(4)取样化验：对铝液进行取样分析，根据目标铝合金的成分配方计算需要添加的元素或中间合金；
(5)配料：铝液流入到熔炉中，将补加元素金属和中间合金溶解于铝液中，充分扩散吸收得到铝熔体；
(6)除气精炼：将粉状无钠精炼剂喷入到熔体中，利用氩气作为精炼气体，进行炉内精炼，精炼时间为23min，精炼后扒渣；
(7)补加合金：按照预期分析结果补加硅元素和镁元素，采用喂入中间合金的方式添加；并加铝钛硼合金，添加量为0.005wt％；
(8)偏析调节剂添加：向熔体中加入0.009wt％的偏析调节剂，充分搅拌后维持铝熔体温度为734℃，静置45min；
(9)过滤、二次取样：依次采用双级陶瓷过滤板和超细粒度过滤管组对铝熔体进行在线过滤，过滤完成后对熔体进行取样分析；
(10)超声铸造：将上步骤铝熔体投入到热顶铸造结晶器中进行连铸引锭，铸造过程中，采用超声振动系统沿浇铸口周向对铝锭进行超声处理；得到铝合金圆锭产品。
本实施例中，按照质量百分比，铝合金产品的元素组成为：Si：0.5；Fe：0.53；Mg：0.87；Cu：0.19；Mn：0.12；Zn：0.17；Cr：0.07；余量为Al和不可避免的杂质元素。
其中，步骤(5)中，镁元素利用斜流槽使铝液冲刷镁锭进行添加；硅元素采用铝硅中间合金进行添加；铜、锌元素采用锌铝铜合金进行添加。
步骤(6)中精炼气体的氩气中混入适量氯气，精炼气体中氯气和氩气的体积比为1:9。
本实施例中，步骤(8)中使用的偏析调节剂的制备方法为：
按照质量比，将2gY2O3、0.8gSc2O3和5gInAlNSb量子点充分研磨混合，然后将混合物加入到120-165ml的柠檬酸溶液中，柠檬酸溶液的浓度为0.25mol/L；以65℃的温度水浴处理，充分搅拌反应2.3h；对分散体进行抽滤，得到的固形物用无水乙醇洗涤，烘干后将产物研磨至700目，得到所需的偏析调节剂。
其中，步骤(9)中的双级陶瓷过滤板采用50+60ppi的组合。
步骤(9)中的超细粒度过滤管组选择最大夹杂物粒径不超过5μm的24管组。
步骤(10)中超声振动系统的频率为25kHz，功率为1.4kW。
性能测试
1、根据GB/T1173-1995《铸造铝合金》及GB/T 8733-2007《铸造铝合金锭》中的测试方法，对本实施例生产的铝合金产品进行性能测试，测试过程中采用6082铝合金作为对照组进行对比测试，得到如下测试数据：
表1：本实施例与对照组铝合金机械性能测试结果
Figure BDA0002312855410000111
分析上述实验数据发现，本实施例提供的再生铝合金的抗拉强度、屈服强度、硬度和伸长率等机械性能与6082铝合金的性能近似，因此，本实施例提供的再生铝完全可以作为电子类铝合金使用，具有很高的附加值。
2、进一步地测试本实施例与对照组铝合金材料微观组织中的平均晶粒尺寸，和缩松、热裂缺陷，并测试本发明与对照组铝合金的耐磨性能；得到如下测试结果：
表2：本实施例与对照组铝合金材料的微观性能测试结果
Figure BDA0002312855410000112
Figure BDA0002312855410000121
分析上述实验数据发现，本发明提供的加工工艺得到的再生铝合金产品，其微观组织中晶粒尺寸细小，且显著消除了偏析缺陷，铝合金的性能与常规的6082铝合金相近，因此也具有更好的耐磨性能，具有很好的市场价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)熔炼：将熔炉温度升高至690-800℃，将回收铝和铝加工废料投入到炉内熔化；
(2)搅拌、扒渣：继续升高炉内温度至825-840℃，搅拌13-15min，静置8-10min后再次搅拌，循环搅拌-静置不少于3次，然后扒除铝液表面浮渣；
(3)静置：将熔炼炉内的铝液排至静置炉内，降低铝液温度至735-760℃，静置30min；
(4)取样分析：对铝液进行取样分析，根据目标铝合金的成分配方计算需要添加的元素或中间合金；
(5)配料：铝液流入到熔炉中，将补加元素金属和中间合金溶解于铝液中，充分扩散吸收得到铝熔体；
(6)除气精炼：将粉状无钠精炼剂喷入到熔体中，利用氩气作为精炼气体，进行炉内精炼，精炼时间为20-25min，精炼后扒渣；
(7)补加合金：按照预期分析结果补加硅元素和镁元素，采用喂入中间合金的方式添加；并加铝钛硼合金，添加量为0.004-0.006wt％；
(8)偏析调节剂添加：向熔体中加入0.005-0.012wt％的偏析调节剂，充分搅拌后维持铝熔体温度为730-740℃，静置40-50min；
(9)过滤、二次取样：依次采用双级陶瓷过滤板和超细粒度过滤管组对铝熔体进行在线过滤，过滤完成后对熔体进行取样分析；
(10)超声铸造：将上步骤铝熔体投入到热顶铸造结晶器中进行连铸引锭，铸造过程中，采用超声振动系统沿浇铸口周向对铝锭进行超声处理；得到铝合金圆锭产品。
2.根据权利要求1所述的一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，其特征在于：按照质量百分比，所述铝合金产品的元素组成为：Si：0.3-0.6；Fe：0.5-0.6；Mg：0.45-1.32；Cu：0.12-0.27；Mn：0.11-0.13；Zn：0.10-0.22；Cr：0.03-0.13；余量为Al和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，其特征在于：所述步骤(5)中，镁元素利用斜流槽使铝液冲刷镁锭进行添加；硅元素采用铝硅中间合金进行添加；铜、锌元素采用锌铝铜合金进行添加。
4.根据权利要求1所述的一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，其特征在于：所述步骤(6)中精炼气体的氩气中混入适量氯气，氯气在混合气体中的体积比不超过15％。
5.根据权利要求4所述的一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，其特征在于：所述精炼气体中氯气和氩气的体积比为1:9。
6.根据权利要求1所述的一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，其特征在于，所述步骤(8)中使用的偏析调节剂的制备方法为：
按照质量比，将1-3gY2O3、0.3-1.2gSc2O3和4-6gInAlNSb量子点充分研磨混合，然后将混合物加入到120-165ml的柠檬酸溶液中，以655-70℃的温度水浴，充分搅拌反应2-2.5h；对分散体进行抽滤，得到的固形物用无水乙醇洗涤，烘干后将产物研磨至600-850目，得到所需的偏析调节剂。
7.根据权利要求6所述的一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，其特征在于：所述柠檬酸溶液的浓度为0.25mol/L。
8.根据权利要求1所述的一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，其特征在于：所述步骤(9)中的双级陶瓷过滤板采用目数为30+40ppi、30+50ppi、40+50ppi、40+60ppi、50+60ppi中的一组方案。
9.根据权利要求1所述的一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，其特征在于：所述步骤(9)中的超细粒度过滤管组选择最大夹杂物粒径不超过5μm的22-26管组。
10.根据权利要求1所述的一种利用再生铝生产电子类铝合金的生产工艺，其特征在于：所述步骤(10)中超声振动系统的频率为20-30kHz，功率为1-1.6kW。
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