CN112662907A

CN112662907A - 一种铝合金用镍元素添加剂

Info

Publication number: CN112662907A
Application number: CN202011561696.7A
Authority: CN
Inventors: 马涛; 马明明; 赵卫涛; 张娟; 杨烁; 王红伟; 田新乐; 李伟; 娄月; 张苹; 范建海; 王文红
Original assignee: HEBEI SITONG NEW METAL MATERIAL CO Ltd
Current assignee: HEBEI SITONG NEW METAL MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明涉及一种铝合金用镍元素添加剂，其组分及质量百分含量为：雾化镍粉60～90％；氟化钙2～8％；氟硅酸钾0～8％；碳酸钾0～8％；氟铝酸钾7.7～37.7％；微晶石蜡粉0.2～0.6％；硬脂酸钙0.1～0.5％；将混合好的物料通过液压机压制成圆饼状，单块重量在500～1500克，密度4.0～5.5g/cm³。本发明的镍元素添加剂在700～740℃条件下，Ni含量在0.5～2.3％时，10～20分钟可以达到96％以上的实收率，杂质含量低，熔化速度快，实收率高，烟气量小，安全性好。

Description

一种铝合金用镍元素添加剂

技术领域

本发明属于铝合金领域，涉及铝合金添加剂，尤其是一种铝合金用镍元素添加剂及其生产方法。

背景技术

工业纯铝具有良好的导电、导热、抗腐蚀、塑性加工等性能，可加工成板、带、箔和挤压制品等，但是力学性能较低，通过向铝中加入合金元素制成铝合金，可显著提高抗拉强度、硬度等力学性能。镍元素(Ni)是铝合金重要的合金化元素之一，在铝合金中可形成NiAl₃等金属间化合物，提高合金的硬度、高温强度和体积、尺寸的稳定性，并有使铁元素(Fe)的化合物变成块状的倾向，即降低杂质元素铁(Fe)的有害作用，提高合金的焊接性能。

镍的熔点为1453℃，比铝的熔点660℃高793℃，密度为8.90g/cm³，比铝的密度2.70g/cm³高6.20g/cm³，如以纯金属镍直接加入到铝熔体中需要提高熔炼温度，延长熔炼时间，还易造成成分偏析，目前一般以Al-Ni中间合金的形式加入，但是其Ni含量一般在20％以内，熔炼时能耗较高，损耗较大，因此使用成本也高。镍元素添加剂与Al-Ni中间合金相比，具有有效含量高，Ni含量一般在75％及以上，达到同样的元素含量其用量较中间合金可减少73％以上，具有运输、仓储、使用成本低等优势。

目前，公开的镍元素添加剂一般由镍粉和助熔剂组成。如中国发明专利CN111235416A公布了一种高效绿色铝合金添加剂及其制备方法与应用，由金属粉和高活性超细铝粉组成，金属粉的质量百分比为70～90％，其余为高活性超细铝粉，其中的一种金属粉末为镍粉，可用于镍元素的添加；中国发明专利CN111270096A公布了一种高效环保型铝合金添加剂及其制备方法与应用，由金属粉和助溶剂组成，金属粉的质量百分比为70～90％，其余为助溶剂，其中的一种金属粉末为镍粉，可用于镍元素的添加；中国发明专利CN101709383A公开了一种高效环保型铝合金熔炼添加剂，主要由金属粉末、钾盐、硫磺粉组成，其中金属粉末提及了镍的金属粉末。

目前公开的专利存在以下一种或多种缺陷：①仅公布了其中一种元素添加剂的原材料为镍粉，规定了镍粉的纯度和粒度，但未明确镍粉的制备工艺，中国发明专利CN111270096A的实施例5中镍粉的纯度仅为92.30％，为镍合金粉，存在纯度低，杂质含量高的问题，也未说明镍元素添加剂的熔化速度等应用性能指标；②中国发明专利CN111270096A的助熔剂成分为KCl、MgCl₂、KAlF₄，其中的KCl、MgCl₂吸湿性很强，用作添加剂的助熔剂在生产及存储过程中极易发生吸潮、潮解，投入熔炉后会发生爆炸的危险；③中国发明专利CN111235416A仅提及了金属粉末和铝粉的纯度和粒度，未给出镍元素添加剂的实施例，且所用铝粉为-325目的超细铝粉，在混料、放料的生产过程中超细铝粉极易飘散至空气中，出现铝粉尘爆炸的危险，并且铝粉尘还危害人体健康；④中国发明专利CN101709383A其中所含的硫磺粉加入铝液后燃烧会产生明显的刺激性气味，环保性差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种低杂质、非吸湿性、安全、环保的铝合金用镍元素添加剂，克服现有技术镍元素添加剂在纯净度、吸湿性、安全、环保等方面的不足。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种铝合金用镍元素添加剂，其组分及质量百分含量为：

雾化镍粉60～90％；

氟化钙2～8％；

氟硅酸钾0～8％；

碳酸钾0～8％；

氟铝酸钾7.7～37.7％；

微晶石蜡粉0.2～0.6％

硬脂酸钙0.1～0.5％；

将混合好的物料通过液压机压制成圆饼状，单块重量在500～1500克，密度4.0～5.5g/cm³。

而且，雾化镍粉的Ni含量≥99.5％，氢损≤0.3％；粒度为：20-150目；松装密度：3.0-4.0g/cm³；水分含量≤0.05％。

而且，其组分及质量百分含量为：雾化镍粉75％；氟化钙4.5％；氟硅酸钾3％；碳酸钾2％；氟铝酸钾14.9％；微晶石蜡粉0.4％；硬脂酸钙0.2％。

而且，氟化钙、氟硅酸钾、碳酸钾、氟铝酸钾、微晶石蜡粉、硬脂酸钙均为工业级，纯度≥98％，粒度：30-325目。

镍粉按其生产工艺的不同，可分为羰基镍粉、还原镍粉、电解镍粉、雾化镍粉等，其中，羰基镍粉是用羰基法生产的镍粉，为灰色或灰黑色不规则状粉末，在潮湿空气中易氧化，有毒性，主要用于粉末冶金、导电浆料、硅胶、电池、催化剂等；还原镍粉是用氢气还原氧化镍制得，为浅灰色球型粉末，主要用于合金结构钢、镍基摩擦材料、含镍磁性材料等；电解镍粉是将含镍的硫化物矿焙烧成氧化物，用炭还原成粗镍，再经电解制得，为灰黑色不规则树枝状粉末，主要应用于硬质合金、金刚石工具、碱性蓄电池、抗腐蚀颜料、磁性材料、粉末冶金零件、催化剂、汽车制造、原子能工业以及航空航天等领域或行业。以上3种镍粉一般为-200目或-300目的细粉末，易发生氧化燃烧，用于镍元素添加剂生产危险性较高。镍合金粉是以回收的镍合金零部件、加工屑等为原材料制备的镍粉，纯度一般不超过95％，主要杂质元素为Cr、Fe、Cu、Mn等。

本发明所用的镍粉为雾化镍粉，采用水雾化和气雾化两种工艺生产，以电解镍为原料，熔化后经雾化、过滤干燥、还原、筛分、合批、包装等工序制成。雾化镍粉的形态为银灰色的不规则球状，比表面积大，熔化速度快；当镍粉粒度过粗时，镍元素添加剂不易压制成型，成分不均匀，熔化速度慢，当粒度过细时，易发生氧化燃烧，烧损增加，降低镍元素添加剂的实收率。本发明中优选的镍粉质量标准如下：①成分：Ni含量≥99.5％，氢损≤0.3％，其它单个金属元素杂质含量≤0.04％；②粒度：20-150目，其中20目筛上、150目筛下的比例≤5％；③松装密度：3.0-4.0g/cm³；④水分≤0.05％。

在本发明中，氟铝酸钾的作用是分散、表面改性，促进镍粉的分散，熔解镍粉表面的氧化物，改善熔解性能；氟化钙的作用是在氟铝酸钾发挥分散、表面改性作用后，可对其进行吸附，减少烟气挥发，并改善渣铝分离效果，与氟铝酸钾协同发挥作用；氟硅酸钾的作用是分解放热，促进镍粉扩散熔解；碳酸钾的作用是放热，提升局部温度，加速镍粉的熔解；微晶石蜡粉的作用是疏水、防潮，在产品表面形成一层疏水的保护膜，抑制产品吸湿；硬脂酸钙的作用是润滑，提高产品的成型性。

氟化钙、氟硅酸钾、碳酸钾、氟铝酸钾、微晶石蜡粉、硬脂酸钙均为工业级，纯度≥98％，粒度：30-325目。

本发明的镍元素添加剂生产方法如下：将符合要求的物料按照本发明涉及的配方比例进行配料，每批次配料500～1500千克，将物料投入混料机进行混合，混合时间为20～40分钟。然后将混合好的物料通过液压机压制成圆饼状，单块重量在500～1500克，密度4.0～5.5g/cm³，采用铝箔、纸箱包装。

本发明的优点和积极效果是：

①本发明的镍元素添加剂使用雾化镍粉生产，雾化镍粉杂质含量低，性价比高，通过优选镍粉的粒度、松装密度，制成的镍元素添加剂成型性好，熔化速度快，实收率高，且安全性好，无毒害作用，可满足工业条件下镍元素添加剂的生产及质量要求。

②本发明的镍元素添加剂采用以氟铝酸钾为主，同时添加氟化钙、氟硅酸钾、碳酸钾等组成非吸湿性、安全环保型分散剂，分散剂加入铝液后可迅速扩散、分解，释放出热量，促使镍粉快速分散至铝液中熔解，并且使用时有更好的渣铝分离效果，在生产和正常存储过程中不易发生吸湿、潮解、燃爆，提高产品的安全性。

③本发明以微晶石蜡粉作为疏水、防潮剂，降低吸湿性。

④本发明的镍元素添加剂在700～740℃条件下，Ni含量在0.5～2.3％时，10～20分钟可以达到96％以上的实收率，杂质含量低，熔化速度快，实收率高，烟气量小，安全性好。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1：

一种铝合金用镍元素添加剂，其组分及质量百分含量为水雾化镍粉60％、氟化钙7％、碳酸钾8％、氟铝酸钾24.3％、微晶石蜡粉0.3％、硬脂酸钙0.4％。

将符合要求的物料按照本发明涉及的配方比例进行配料，每批次配料600千克，将物料投入混料机进行混合，混合时间为20分钟。然后，将混合好的物料使用液压机压制成圆饼状，单块重量500±10克，密度：4.2-4.4g/cm³，制成的镍元素添加剂进行成分、密度和水分检测，检测合格后采用铝箔包裹，按照2.5千克/包，20千克/纸箱进行包装。

按照实施例1制备的镍元素添加剂用于4032变形铝合金的镍元素添加，加入温度718℃，加入量为1％，合金中Ni含量为0.60％，加入10分钟后搅拌均匀，取样检测，Ni含量检测值为0.57782％，实收率为96.3％，渣铝分离效果好，烟气量小，符合合金标准。

按照实施例1制备的镍元素添加剂在常规温湿度条件下(温度10-35℃，相对湿度20-90％)，放置6个月，表面无吸湿、潮解现象。

实施例2：

一种铝合金用镍元素添加剂，其组分及质量百分含量为气雾化镍粉75％、氟化钙4.5％、氟硅酸钾3％、碳酸钾2％、氟铝酸钾14.9％、微晶石蜡粉0.4％、硬脂酸钙0.2％。

将符合要求的物料按照本发明涉及的配方比例进行配料，每批次配料1000千克，将物料投入混料机进行混合，混合时间为30分钟。然后，将混合好的物料使用液压机压制成圆饼状，单块重量500±10克，密度：4.6-4.8g/cm³，制成的镍元素添加剂进行成分、密度和水分检测，检测合格后采用铝箔包裹，按照2.5千克/包，20千克/纸箱进行包装。

按照实施例2制备的镍元素添加剂用于8001变形铝合金的镍元素添加，加入温度721℃，加入量为1.467％，合金中Ni含量为1.10％，加入15分钟后搅拌均匀，取样检测，Ni含量检测值为1.06811％，实收率为97.1％，渣铝分离效果好，烟气量小，符合合金标准。

按照实施例2制备的镍元素添加剂在常规温湿度条件下(温度10-35℃，相对湿度20-90％)，放置6个月，表面无吸湿、潮解现象。

实施例3：

一种铝合金用镍元素添加剂，镍含量为90％，其组分及质量百分含量为水雾化镍粉90％、氟化钙2％、氟硅酸钾1％、氟铝酸钾6.5％、微晶石蜡粉0.3％、硬脂酸钙0.2％。

将符合要求的物料按照本发明涉及的配方比例进行配料，每批次配料1500千克，将物料投入混料机进行混合，混合时间为40分钟。然后，将混合好的物料使用液压机压制成圆饼状，单块重量1000±10克，密度：5.0-5.2g/cm³，制成的镍元素添加剂进行成分、密度和水分检测，检测合格后采用铝箔包裹，按照3千克/包，24千克/纸箱进行包装。

按照实施例3制备的镍元素添加剂用于2218变形铝合金的镍元素添加，加入温度728℃，加入量为2.278％，合金中Ni含量为2.05％，加入18分钟后搅拌均匀，取样检测，Ni含量检测值为1.97825％，实收率为96.5％，渣铝分离效果好，烟气量小，符合合金标准。

按照实施例3制备的镍元素添加剂在常规温湿度条件下(温度15-35℃，相对湿度30-90％)，放置6个月，表面无吸湿、潮解现象。

对比例1：

一种铝合金用镍元素添加剂，镍含量为60％，其组分及质量百分含量为电解镍粉(纯度99.7％，粒度：-200目)60％、氟化钙7％、碳酸钾8％、氟铝酸钾24.4％、微晶石蜡粉0.2％、硬脂酸钙0.4％。

按照对比例1制备的镍元素添加剂用于4032变形铝合金的镍元素添加，加入温度719℃，加入量为1％，合金中Ni含量为0.60％，加入10分钟后搅拌均匀，取样检测，Ni含量检测值为0.55680％，实收率为92.8％，加入20分钟后再次搅拌，取样检测，Ni含量检测值为0.55562％，实收率为92.6％，说明10分钟时已达到稳定的实收率。另外根据同期价格对比，电解镍粉要比水雾化镍粉高约1万元/吨，但制成的60％含量的镍元素添加剂实收率反而比水雾化镍粉制成的低约3.5个百分点。

对比例1说明电解镍粉并不适用于镍元素添加剂的生产，镍粉的选择对实收率和材料成本有显著的影响，本发明确定的雾化镍粉在成本、实收率、熔化速度等方面具有综合优势。

对比例2：

一种铝合金用镍元素添加剂，镍含量为75％，其组分及质量百分含量为镍合金粉(纯度92.30％，主要杂质元素Cr含量为6.80％，粒度：20-200目)81.3％、氟化钙4.5％、氟硅酸钾3％、碳酸钾2％、氟铝酸钾8.6％、微晶石蜡粉0.4％、硬脂酸钙0.2％。将符合要求的物料按照本发明涉及的配方比例进行配料，每批次配料1000千克，将物料投入混料机进行混合，混合时间为30分钟。然后，将混合好的物料使用液压机压制成圆饼状，单块重量500±10克，密度：4.6-4.8g/cm³，制成的镍元素添加剂进行成分、密度和水分检测，检测合格后采用铝箔包裹，按照2.5千克/包，20千克/纸箱进行包装。

按照对比例2制备的镍元素添加剂用于8001变形铝合金的镍元素添加，加入温度724℃，加入量为1.467％，合金中Ni含量为1.10％，加入15分钟后搅拌均匀，取样检测，Ni含量检测值为0.99113％，实收率为90.1％；加入20分钟后再次搅拌，取样检测，Ni含量检测值为1.04172％，实收率为94.7％，Cr含量0.07875％，其中Cr含量已超过GB/T 3190-2008《变形铝及铝合金成分》国家标准中8001合金Cr含量≤0.05％的要求，会降低其产品质量或因杂质超标而造成报废。

对比例2说明低纯度的合金镍粉并不适用于镍元素添加剂的生产，会造成所用产品中杂质元素超标，镍粉的选择对客户产品质量的符合性有显著的影响，本发明确定的雾化镍粉在纯净度、熔化速度、实收率等方面具有综合优势。

对比例3：

一种铝合金用镍元素添加剂，镍含量为75％，其组分及质量百分含量为镍合金粉(纯度92.30％，主要杂质元素Cr含量为6.80％，粒度：20-200目)81.3％、氯化钾5％、氯化镁5％、氟铝酸钾8.7％。

按照对比例3制备的镍元素添加剂在常规温湿度条件下(温度15-35℃，相对湿度30-90％)，放置3天，表面已出现吸湿、潮解现象，无法使用。

对比例4：

一种铝合金用镍元素添加剂，镍含量为75％，其组分及质量百分含量为气雾化镍粉75％、氟硅酸钾3％、碳酸钾2％、氟铝酸钾19.4％、微晶石蜡粉0.4％、硬脂酸钙0.2％。

按照对比例4制备的镍元素添加剂用于8001变形铝合金的镍元素添加，加入温度723℃，加入量为1.493％，合金中Ni含量为1.12％，加入15分钟后搅拌均匀，取样检测，Ni含量检测值为1.08976％，实收率为97.3％，符合合金标准，但是渣铝分离效果较差，烟气量较大。

对比例5：

一种铝合金用镍元素添加剂，镍含量为75％，其组分及质量百分含量为气雾化镍粉75％、氟化钙4.5％、氟硅酸钾3％、碳酸钾2％、氟铝酸钾15.3％、硬脂酸钙0.2％。

按照对比例5制备的镍元素添加剂在常规温湿度条件下(温度10-35℃，相对湿度20-90％)，放置3个月，表面有吸潮、氧化现象。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种铝合金用镍元素添加剂，其组分及质量百分含量为：

2.根据权利要求1所述的铝合金用镍元素添加剂，其特征在于：雾化镍粉的Ni含量≥99.5％，氢损≤0.3％；粒度为：20-150目；松装密度：3.0-4.0g/cm³；水分含量≤0.05％。

3.根据权利要求1所述的铝合金用镍元素添加剂，其特征在于：其组分及质量百分含量为：雾化镍粉75％；氟化钙4.5％；氟硅酸钾3％；碳酸钾2％；氟铝酸钾14.9％；微晶石蜡粉0.4％；硬脂酸钙0.2％。

4.根据权利要求1所述的铝合金用镍元素添加剂，其特征在于：氟化钙、氟硅酸钾、碳酸钾、氟铝酸钾、微晶石蜡粉、硬脂酸钙均为工业级，纯度≥98％，粒度：30-325目。