CN111378859B - 一种铝锂合金熔体覆盖剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝锂合金熔体覆盖剂及其制备方法。本发明提供的铝锂合金熔体覆盖剂包括：2#熔剂、LiCl和AlF₃。本发明将特定的2#熔剂、LiCl和AlF₃搭配，三者协同作用，能够较好的适应用于铝锂合金的制备，在铝锂合金铸造中发挥较好的氧化物溶解作用，并产生除氢及自润滑作用，从而有效隔绝空气，阻止与空气中O₂及水蒸汽等反应，且能够有效降低铝锂合金铸锭产品的氢含量，克服氧化造渣问题。

Description

一种铝锂合金熔体覆盖剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金技术领域，特别涉及一种铝锂合金熔体覆盖剂及其制备方法。

背景技术

铝锂合金是以锂为主要合金元素的新型铝合金，其特点是密度低、比强度大、比刚度高、耐热性和抗应力腐蚀性能好，可进行热处理强化，广泛应用于航空航天材料、军械材料等。

铝合金在制备过程中，熔体表面始终与空气接触，不断进行高温氧化反应，形成氧化膜浮盖在熔体表面。当搅拌和熔铸操作不当时，浮在熔体表面的氧化膜易被破碎(即氧化造渣)并卷入熔体内，最后留在铸锭中，形成铸锭冶金缺陷。

为了解决上述问题，现有技术通常借助于合金熔剂，熔融的熔剂借助表面张力的作用，能够在合金熔体表面形成一连续、完整的覆盖层，隔绝空气，从而防止与空气中的O₂及H₂O发生反应。不同类型的合金，所适用的熔剂种类不同，如普通2#熔剂通常适用于常规铝合金及高镁铝合金的精炼及熔体覆盖。

但铝锂合金由于极活性元素锂的加入，比其它常规铝合金更容易产生氧化膜缺陷，而且，锂不单与大气中的氧反应，还与大气中的二氧化碳、水蒸气等反应，因此，铝锂合金表现出氢含量高、非常容易产生氧化膜缺陷的问题。而上述适用于常规铝合金的普通2#熔剂却并不适用于铝锂合金的精炼及熔体覆盖。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝锂合金熔体覆盖剂及其制备方法。采用本发明的覆盖剂，能够有效降低铝锂合金氢含量、解决氧化造渣问题。

本发明提供了一种铝锂合金熔体覆盖剂，包括：2#熔剂、LiCl和AlF₃。

优选的，所述2#熔剂、LiCl和AlF₃的质量比为(50～65)∶(25～35)∶(4～10)。

优选的，所述2#熔剂、LiCl和AlF₃的质量比为(55～63)∶(28～32)∶(8～10)。

优选的，所述2#熔剂、LiCl和AlF₃的质量比为60∶30∶10。

优选的，所述铝锂合金包括Al-Mg-Li系铝锂合金或Al-Cu-Li系铝锂合金。

本发明还提供了一种上述技术方案中所述的铝锂合金熔体覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将LiCl和AlF₃热熔后、冷凝，得到混合体；

b)将所述混合体与2#熔剂热熔后、冷凝，得到铝锂合金熔体覆盖剂。

优选的，所述步骤a)中，热熔的温度为600～700℃。

优选的，所述步骤a)中，冷凝的温度为40～200℃。

优选的，所述步骤b)中，热熔的温度为650～750℃。

优选的，所述步骤b)中，冷凝的温度为20～40℃。

本发明提供了一种铝锂合金熔体覆盖剂，包括：2#熔剂、LiCl和AlF₃。本发明将特定的2#熔剂、LiCl和AlF₃搭配，三者协同作用，能够较好的适应用于铝锂合金的制备，在铝锂合金铸造中发挥较好的氧化物溶解作用，并产生除氢及自润滑作用，从而有效隔绝空气，阻止与空气中O₂及水蒸汽等反应，且能够有效降低铝锂合金铸锭产品的氢含量，克服氧化造渣问题。

试验结果表明，与常规的用氩气保护进行铝锂合金铸造所得的铸锭相比，采用本发明的覆盖剂进行铝锂合金铸造所得铸锭产品的氢含量降低了5％以上，铸锭头尾低倍组织检查显示明显改善了氧化造渣现象。

具体实施方式

本发明提供了一种铝锂合金熔体覆盖剂，包括：2#熔剂、LiCl和AlF₃。

本发明将特定的2#熔剂、LiCl和AlF₃搭配，三者协同作用，能够较好的适应用于铝锂合金的制备，在铝锂合金铸造中发挥较好的氧化物溶解作用，并产生除氢及自润滑作用，从而有效隔绝空气，阻止与空气中O₂及水蒸汽等反应，且能够有效降低铝锂合金铸锭产品的氢含量，克服氧化造渣问题。

本发明所述2#熔剂为本领域技术人员熟知的常规铝合金用覆盖熔剂，其成分包括：32～40％的KCl、38～46％的MgCl₂、5～8％的BaCl₂、小于8％的NaCl+CaCl₂及其它杂质。本发明对所述2#熔剂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。

本发明对LiCl和AlF₃的来源没有特殊限制，为一般市售品即可，如市售常规LiCl粉和AlF₃粉。

本发明在特定的2#熔剂、LiCl和AlF₃的协同作用下，才能应用于铝锂合金的制备，解决氧化造渣的问题，若缺少其中任一种组分、或将任一组分替换为其类似物质(如将LiCl替换为LiF、LiBr、NaCl等，或将AlF₃替换为AlCl₃、AlBr₃等)，都难以应用于铝锂合金制备中解决其氢含量、氧化造渣的问题。

本发明中，所述2#熔剂、LiCl和AlF₃的质量比为(50～65)∶(25～35)∶(4～10)，优选为(55～63)∶(28～32)∶(8～10)；在上述比例范围内，有利于2#熔剂、LiCl和AlF₃发挥协同作用，有效隔绝空气并降低铝锂合金铸锭产品的氢含量，克服氧化造渣问题。在本发明的一些实施例中，所述2#熔剂、LiCl和AlF₃的质量比为50∶35∶4，52∶34∶5，55∶32∶8，60∶30∶10，63∶28∶9或65∶25∶4。其中，在优选实施例中，所述2#熔剂、LiCl和AlF₃的质量比为55∶32∶8，60∶30∶10或63∶28∶9。在最佳实施例中，所述2#熔剂、LiCl和AlF₃的质量比为60∶30∶10。

本发明中，上述覆盖剂适用的铝锂合金优选包括Al-Mg-Li系铝锂合金或Al-Cu-Li系铝锂合金。本发明对所述Al-Mg-Li系铝锂合金和Al-Cu-Li系铝锂合金的具体种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的常规合金即可，如Al-Mg-Li系铝锂合金包括5A90合金等，Al-Cu-Li系铝锂合金包括2195合金、2297合金等。

本发明还提供了一种上述技术方案中所述铝锂合金熔体覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将LiCl和AlF₃热熔后、冷凝，得到混合体；

b)将所述混合体与2#熔剂热熔后、冷凝，得到铝锂合金熔体覆盖剂。

其中，所述2#熔剂、LiCl和AlF₃的用量、来源等特征均与上述技术方案中所述一致，在此不再赘述。

按照本发明，先将LiCl和AlF₃热熔后、冷凝，得到混合体。

本发明中，在所述热熔前，优选还进行混合；将LiCl原料和AlF₃粉充分混合后，再进行后续处理。本发明对所述混合的方式没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的混料方式即可。

混匀后，进行热熔处理。本发明中，所述热熔的温度优选为600～700℃。所述热熔的时间优选为10～20min。

经上述热熔化后，进行冷凝处理。本发明中，所述冷凝的温度优选为40～200℃。所述冷凝的时间优选为20～50min。经冷凝处理，将熔化物冷凝成块，即为LiCl和AlF₃的混合体。

按照本发明，在得到混合体后，将所述混合体与2#熔剂热熔、冷凝，得到铝锂合金熔体覆盖剂。

本发明中，在热熔处理时，优选先将2#熔剂加热熔化，再加入上述混合体继续热熔。所述热熔的温度优选为650～750℃。所述热熔的时间优选为10～20min。

经上述热熔化后，进行冷凝处理。本发明中，所述冷凝的温度优选为20～40℃。所述冷凝的时间优选为30～60min。经冷凝处理，将熔化物冷凝成块，即为2#熔剂、LiCl和AlF₃的混合体，得到块状覆盖剂。

本发明先将LiCl和AlF₃热熔、冷凝，再引入2#熔剂进行热熔和冷凝，按照上述顺序制备，能够将各组分熔匀，且减少制备中原料的吸湿、潮解，避免成分的破坏，若将所有组分直接热熔和冷凝，则各组分易吸湿、潮解，导致水含量较高，且热熔剧烈，熔化后极易溢出盛装器具，造成组分不均和极大的浪费。

本发明中，在得到上述块状覆盖剂后，根据需要，可将其加工处理成粉状覆盖剂。所述加工处理优选为：将所得块状覆盖剂球磨。本发明中，在球磨处理时，优选先将冷却后产品用塑料袋密封，防止潮解。密封后再进行球磨处理，得到覆盖剂粉体。本发明对所述球磨的条件没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的块体磨粉条件操作进行即可。本发明提供的制备方法简单易行，条件温和，便于规模化生产。

将本发明提供的熔体覆盖剂应用于铝锂合金铸造中时，按照铝合金中常规覆盖剂的引入方式引入即可。本发明中，优选的，在添加上述熔体覆盖剂前，优选先对其进行干燥处理。所述干燥的温度优选为120～200℃；所述干燥的时间优选为5小时以上。本发明中，在添加上述熔体覆盖剂时，所述熔体覆盖剂与铝锂合金目标产量的质量比优选为(1～2)∶1000，即每生产1吨铝锂合金铸锭，需要使用1～2kg熔体覆盖剂。

试验结果表明，与常规的用氩气保护进行铝锂合金铸造所得的铸锭相比，采用本发明的覆盖剂进行铝锂合金铸造所得铸锭产品的氢含量降低了5％以上，铸锭头尾低倍组织检查无氧化夹杂。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1～6

取一定量的LiCl和AlF₃粉末充分混合后置于坩埚内，在650℃下热熔10min后，冷凝40min至80℃左右，得到复合体块。

取一定量的2#熔剂置于坩埚内，在700℃下热熔化后，加入上述复合体块，继续热熔15min，然后冷凝60min至40℃左右，得到覆盖剂块体。

将所得覆盖剂块体冷却至20～40℃后装入塑料袋密封，盛装于铁皮桶内封装后再球磨成粉，得到覆盖剂粉体。

实施例1～6的原料配比如表1所示：

表1实施例1～6的原料配比

实施例7

将实施例1～6所得熔体覆盖剂分别用于制备铝锂合金铸锭，熔体覆盖剂的添加量与目标铝锂合金产量的质量比为1.5∶1000。具体制备过程如下：

目标合金：Al-Mg-Li系铝锂合金5A90；

铸锭规格：φ180mm。

配料：铝锭89.7％，中间合金铝锆2.5％，镁锭5.5％，锂锭2.3％。

装炉熔化：温度为750℃，处理时长为2h。

精炼：炉内精炼温度为740℃，精炼时长为30min。

倒入浇注模铸造：铸造温度为730℃，铸造速度为40mm/min，冷却水流量为10m³/h。

添加覆盖剂：铸造过程中将覆盖剂均匀覆盖在浇注模内熔体表面。

将实施例1～6的熔体覆盖剂分别用于上述制备过程，得到6个铝锂合金铸锭样品。

对比例1

按照实施例7中的制备过程制备铝锂合金，不同的是，制备过程不添加熔体覆盖剂。

实施例8

对实施例7所得的6个铝锂合金铸锭和对比例1所得铝锂合金铸锭进行含氢量检测(参照GJB 5909)，并对铸锭头尾进行低倍组织观测(参照GB/T3246)。结果参见表2。

表2实施例7及对比例1的测试结果

	含氢量(cm<sup>3</sup>/100g金属)	氧化造渣情况
			实施例1	0.48	无
实施例2	0.53	1点(＜0.5mm<sup>2</sup>)
			实施例3	0.51	1点(＜0.5mm<sup>2</sup>)
实施例4	0.61	1点(＜1mm<sup>2</sup>)
			实施例5	0.58	2点(＜1mm<sup>2</sup>)
实施例6	0.60	2点(＜1mm<sup>2</sup>)
			对比例1	0.70	5点以上

由以上测试结果可以看出，与对比例1相比，实施例1～6的含氢量明显降低，氧化造渣现象明显改善，证明，采用本发明提供的熔体覆盖剂能够有效降低铝锂合金铸锭的含氢量、改善氧化造渣现象。由实施例1～6的测试结果可以看出，其中，与实施例4～6相比，实施例1～3的含氢量进一步明显降低，氧化造渣现象进一步改善，证明，对于原料配比(50～65)∶(25～35)∶(4～10)，当处于优选范围(55～63)∶(28～32)∶(8～10)下时，能够进一步降低铝锂合金铸锭的含氢量，更好的克服氧化造渣问题；其中，实施例1的含氢量最低，无氧化造渣现象，证明，原料配比为60∶30∶10时，除氢效果最好，且完全克服氧化造渣问题。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种铝锂合金熔体覆盖剂，其特征在于，组分为：2#熔剂、LiCl和AlF₃；

所述2#熔剂、LiCl和AlF₃的质量比为(50～65)∶(25～35)∶(4～10)。

2.根据权利要求1所述的铝锂合金熔体覆盖剂，其特征在于，所述2#熔剂、LiCl和AlF₃的质量比为(55～63)∶(28～32)∶(8～10)。

3.根据权利要求1所述的铝锂合金熔体覆盖剂，其特征在于，所述2#熔剂、LiCl和AlF₃的质量比为60∶30∶10。

4.根据权利要求1所述的铝锂合金熔体覆盖剂，其特征在于，所述铝锂合金包括Al-Mg-Li系铝锂合金或Al-Cu-Li系铝锂合金。

5.一种权利要求1～4中任一项所述的铝锂合金熔体覆盖剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将LiCl和AlF₃热熔后、冷凝，得到混合体；

b)将所述混合体与2#熔剂热熔后、冷凝，得到铝锂合金熔体覆盖剂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中，热熔的温度为600～700℃。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中，冷凝的温度为40～200℃。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中，热熔的温度为650～750℃。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中，冷凝的温度为20～40℃。