CN113005321A - 铝锌系合金真空熔炼纯化剂及其制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适于铝锌系合金真空熔炼用碘酸铯熔体纯化剂及其制备和使用方法。该纯化剂是由质量分数1.5~4%的碘酸铯和纯铝经熔炼、雾化制粉、筛分后的铝基粉末,在700~730℃真空氛围下使用。使用时纯化剂分解产物碘化铯发生反应起到造气作用,加快氢气逸出熔体。同时碘酸铯进入熔体后改变熔体与杂质润湿性,与另一种分解产物高碘酸铯共同起到除杂效果。使用时在真空条件下将纯化剂与熔体充分混合,使熔体充分纯化并降低氢含量,可大幅提升熔体纯化效率,使铸件质量和综合性能显著优化。本发明成本低廉,使用方法简单,应用效果显著,可广泛用于各种铝锌系合金熔体的纯化。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金熔体真空纯化剂,具体涉及一种铝锌系合金熔体真空纯化剂及其制备和使用方法。
背景技术
铝合金因其优异的抗蚀性、低密度、高比强度、易加工等诸多优点而受广泛关注。其中铝锌合金兼具高强度高塑性,同时还有良好的摩擦磨损性能;铸造性能好,能适应各种铸造工艺,被应用于众多领域。但铝锌合金熔炼时存在氧化物夹杂和氢等污染物,影响熔体纯度。由于Zn和Al的高活性,在熔炼的过程中二者单质易与氧反应生成氧化物,同时极易吸收气体(主要是H),使铸锭内部存在缺陷,降低材料的塑性和冲击韧性,导致后期加工成型的构件在服役过程中过早失效,不利于铝锌合金的推广和应用。
影响铝锌系合金熔体纯度是其内部气体和夹杂物。熔体中Al2O3、ZnO、Al2ZnO4等氧化物的氧化膜多孔,水汽易吸附其上。当合金熔体表面的氧化膜在熔炼或浇注过程中被破坏时,易卷入熔体中形成夹杂,并导致熔体吸氢。大气熔炼会使熔体中氧化夹杂和气体含量增加。而今铝锌合金在世界范围内的广泛地应用于轴承、车辆零件、工业设备、变压器铸件等重要领域,全球市场化对高质量铝制品需求不断增长,需要纯化铝熔体保证产品质量。
采用真空熔炼的方法,可以为熔炼铝锌合金提供良好的纯化环境,有利于除去熔体内部的气体。但熔体内气体逸出的速度慢、周期长,且固体杂质难以分离熔体,成为传统真空熔炼方法纯化熔体的缺点。为此开发一种新型的熔体纯化剂来实现铝锌合金真空环境中熔体纯化。
发明内容
针对传统真空熔炼熔体纯化工艺缺陷,本发明提供一种真空熔炼熔体纯化剂,为含碘酸铯(CsIO3)质量分数为1.5~4.0%的铝基粉末(基体材料为纯铝,活性成分为质量分数1.5%~4.0%的CsIO3),用于铝锌系合金在真空环境下的熔体纯化,有效除去熔体内部夹杂和气体。本发明第一次提出采用碘酸铯(CsIO3)铝基粉末作为熔体纯化剂在铝锌系合金真空熔体纯化中使用。
上述用于铝锌系合金真空熔炼的CsIO3熔体纯化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)熔炼:将打磨表面后的金属Al与碘酸铯作为原料,按照质量分数为1.5~4.0%的CsIO3粉末,其余(96~98.5%)为铝的成分配比备料,将CsIO3粉末和金属Al棒在真空环境中熔炼,真空度为4~10MPa。
(2)雾化制粉:采用真空感应加热,将熔炼后的合金用紧耦合雾化设备进行气体雾化,得到合金粉末。过热度为100~150℃,雾化气压为7~9MPa,气体为氩气或氦气。
(3)筛分:利用振动筛分机筛取粒径0.7~1mm粉末,即为纯化剂成品。
优选的,所述金属Al的纯度为99.99%。
优选的,所述碘酸铯的纯度为分析纯AR。
上述用于铝锌系合金真空熔炼的CsIO3熔体纯化剂的使用方法,包括如下步骤:将铝锌合金完全熔融以后得到熔体,CsIO3熔体纯化剂粉末通过旋转的倾斜直管加入到熔体中,在690~710℃温度下,真空静置保温10~30min,熔体净化剂的添加量为熔体质量的1.5~2‰,直管的旋转速度为50~70RPM。本发明的纯化剂在700~730℃真空氛围下使用。
本发明提供的纯化剂的纯化原理:当碘酸铯熔体纯化剂粉末加入到铝锌合金熔体中,产生一系列物理化学反应起到造气作用,加快氢气逸出熔体。碘酸铯熔体纯化剂进入熔体后改变铝锌熔体对氧化物杂质的润湿性,使得熔体与氧化物夹杂之间的界面张力变大,两者互不润湿,根据热力学表面能关系,夹杂物自发从熔体迁入熔剂中,减少了熔体中氧化物的含量,起到除杂效果。碘酸铯熔体纯化剂使得熔体表面一层坚固致密的氧化膜状态改变,破碎成大量细小的固态颗粒,有利于氢从颗粒间隙中穿过并逸出。碘酸铯分解后的一种强氧化性产物高碘酸铯(CsIO4)能溶解熔体中的氧化物,起到除杂效果。另一种分解产物碘化铯(CsI)与碘反应生成三碘化铯(CsI3)气体,形成气泡在熔体中上浮,熔体中的氢由于分压差进入气泡内部并被带离熔体表面,加速除气过程。
本发明的有益效果:碘酸铯熔体纯化剂的纯化实质是在真空环境下使用时,利用熔体与夹杂的润湿性差异使夹杂物自发迁入熔剂中,同时利用气体扩散和溶解吸附达到除杂去氢的目的,提升熔体纯度。熔体纯化剂制成粉末尽可能的增大了与熔体接触的面积,使熔体纯化速率快、效果好,浇铸后的铝锌锌合金铸锭组织均匀,杂质含量少。本发明第一次将碘酸铯(CsIO3)作为熔体纯化剂应用于铝锌系合金真空熔炼中,改进了以往真空熔炼纯化工艺存在的不足,取得良好的熔体纯化效果。对纯化效果进行检验,在使用本发明提供的真空熔体纯化剂后,相比传统工艺熔体含氢量降低了19.68~25.3%。使用时在真空条件下将纯化剂与熔体充分混合,使熔体充分纯化并降低氢含量,可大幅提升熔体纯化效率,使铸件质量和综合性能显著优化。本发明成本低廉,使用方法简单,应用效果显著,可广泛用于各种铝锌系合金熔体的纯化。
附图说明
图1为本发明碘酸铯熔体纯化剂的制备和使用流程图。
具体实施方式
以下结合实施例与附图共同说明本发明的技术方案及优点,但实施例仅是对本发明的最佳实施方案进行描述,并非限制本发明范围。
实施例1
将用砂纸打磨表面后的金属Al棒(99.99%)与碘酸铯(分析纯AR)作为原料,称取质量百分数为1.65%的CsIO3粉末,其余为铝,在温度为690℃、真空度为5MPa的环境中熔炼得到母锭。采用真空感应加热,将熔炼后的合金母锭用紧耦合雾化设备进行气体雾化,过热度为100℃,氩气气压为7MPa,得到合金粉末。利用振动筛分机筛取粒径为0.9mm纯化剂粉末。
在温度为710℃、真空度为6MPa环境下将铝锌合金料(7005)完全熔化,通过旋转的倾斜直管将CsIO3熔体纯化剂加入铝锌合金熔体,在真空中保温静置。添加熔体质量1.9‰的熔体净化剂,直管旋转速度为60RPM,保温温度为700℃,静置15min后浇铸。
熔体纯化剂和使用方法的互相配合实现良好的熔体纯化效果,为铝锌系合金熔体净化提供了一套合理有效的方案。7005熔体成分如表1所示,在使用纯化剂前后的氢气含量如表2所示。
表1 7005熔体成分参数
表2使用纯化剂前后7005熔体内氢气含量
实施例2
将金属Al棒(99.99%)用砂纸打磨,和碘酸铯(分析纯AR)一同作原料,称取质量百分数为1.65%的CsIO3粉末,其余为铝,在温度为700℃、真空度为5MPa的氛围下熔炼得到母锭。熔炼后的合金母锭进行真空感应加热,用紧耦合雾化设备对其进行气体雾化,为得到合金粉末,过热度为140℃,氩气气压为9MPa。利用振动筛分机筛取粒径0.7mm纯化剂粉末备用。
在温度为730℃、真空度为6MPa环境下将铝锌合金料(7039)完全熔化后,通过旋转的倾斜直管加入CsIO3熔体纯化剂粉末,熔体净化剂的添加量为熔体质量的1.8‰,直管旋转速度为50RPM,保温温度为690℃,静置25min后浇铸。
7039熔体成分如表3所示,在使用纯化剂前后测得的氢气含量如表4所示。
表3 7039熔体成分参数
表4使用纯化剂前后7039熔体内氢气含量
实施例3
用砂纸打磨金属Al棒(99.99%)除去表面氧化层后,同碘酸铯(分析纯AR)作为原料,称取质量百分数为2.55%的CsIO3粉末,铝为余量,在温度为680℃,真空度为5MPa的环境中熔炼得到母锭。将合金母锭真空感应加热,利用紧耦合雾化设备进行气体雾化,当过热度为130℃,氩气气压为8MPa时得到合金粉末。利用振动筛分机筛取粒径0.8mm纯化剂粉末。
在温度为700℃、真空度为6MPa环境下将铝锌合金(7050)完全熔化后,将CsIO3熔体纯化剂用旋转的倾斜直管加入铝锌合金熔体中,熔体净化剂的添加量为熔体质量的1.7‰,直管旋转速度为70RPM,保温温度为710℃,静置30min后浇铸。
7050熔体成分如表5所示,在使用纯化剂前后的氢气含量如表6所示。
表5 7050熔体成分参数
表6使用纯化剂前后7050熔体内氢气含量
实施例4
打磨金属Al棒(99.99%)表面氧化层后,与碘酸铯(分析纯AR)作原料,准备质量百分数为3.0%的CsIO3粉末,其余为铝,在温度为690℃、真空度为5MPa的环境中熔炼。采用真空感应加热,将熔炼后的合金母锭用紧耦合雾化设备进行气体雾化,设定过热度为120℃,氩气气压为8MPa得到合金粉末。利用振动筛分机筛取0.9mm纯化剂粉末。
在温度为720℃、真空度为6MPa环境下将铝锌合金料(7075)完全熔化后,使用旋转的倾斜直管加入熔体质量1.5‰的CsIO3熔体纯化剂粉末,直管旋转速度为65RPM,保温温度为700℃,静置10min后浇铸。
7075熔体成分如表7所示,在使用纯化剂前后的氢气含量如表8所示。
表7 7075熔体成分参数
表8使用纯化剂前后7075熔体内氢气含量
实施例5
将金属Al棒(99.99%)表面打磨光亮,并和碘酸铯(分析纯AR)作为原料,称量质量百分数为3.98%的CsIO3粉末,铝余量,在温度为710℃、真空度为5MPa的环境中进行熔炼。利用紧耦合雾化设备,通过真空感应加热对合金母锭进行气体雾化,得到合金粉末。为保粒径合格,过热度为150℃,氩气气压为9MPa。利用振动筛分机筛取粒径1.0mm纯化剂粉末。
在温度为700℃、真空度为6MPa环境下将铝锌合金料(7150)完全熔化后,通过旋转的倾斜直管将CsIO3熔体纯化剂加入铝锌合金熔体中,添加量为熔体质量的2‰,直管旋转速度为55RPM,保温温度为690℃,静置25min后浇铸。
7150熔体成分如表9所示,在使用纯化剂前后的氢气含量如表10所示。
表9 7150熔体成分参数
表10使用纯化剂前后7150熔体内氢气含量
Claims (5)
1.一种用于铝锌系合金真空熔炼的CsIO3熔体纯化剂,其特征在于:包括以下成分:基体材料为纯铝,活性成分为质量分数1.5%~4.0%的CsIO3。
2.权利要求1所述的一种用于铝锌系合金真空熔炼的CsIO3熔体纯化剂的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)熔炼:将打磨表面后的金属Al与碘酸铯作为原料,在真空环境中进行熔炼;
(2)雾化制粉:采用真空感应加热,将熔炼后的合金用紧耦合雾化设备进行气体雾化,得到合金粉末;
(3)筛分:利用振动筛分机筛取粒径为0.7~1mm的粉末颗粒,即为纯化剂成品。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,过热度为100~150℃,雾化气压为7~9MPa,气体为氩气或氦气。
4.权利要求1所述的一种用于铝锌系合金真空熔炼的CsIO3熔体纯化剂的使用方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将铝锌合金在真空中加热熔融得到熔体;
(2)通过旋转的倾斜直管向熔体中加入CsIO3熔体纯化剂,在真空中静置保温;
其中,熔体净化剂的添加量为熔体质量的1.5~2‰;
熔体保温温度为690~710℃,静置时间为10~30min。
5.根据权利要求4所述的使用方法,其特征在于:直管的旋转速度为50~70RPM。
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