CN114150174A - 基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合金铝材技术领域，具体地说，涉及基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法。其包括以下质量百分比的原料组成：铝镁合金3‑11％、铝铜合金2‑7％、镁锌合金4‑9％、镁铜合金2‑9％、金属元素、稀土元素和精炼剂0.1‑0.5％，其余为纯铝基材；加入的铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金和镁铜合金，自身具有较高的强度，在经过混炼后，使得合金之间多元化混合，从而使制备的铝合金强度增强；通过加入的金属元素和稀土元素与铝合金液之间进行混合，可使制备的铝合金具有高强度和良好的韧性，进一步提升了使用的耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及合金铝材技术领域，具体地说，涉及基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法。
背景技术
随着世界环保标准越来越严格，汽车轻量化成为未来的发展趋势，降低汽车重量，是交通领域实现节能减排的必然选择。铝合金不仅强度高，宜加工，还具有重量轻(约钢重量的1/3)等优点，所以“以铝代钢”已经是经济发展的趋势。无论是轨道车辆还是汽车，推广铝制车身可以做到车辆轻量化，将有利于交通运输行业实现节能减排和经济效益的双赢。
铝合金熔体的净化是保证铝合金材料冶金品质的关键技术，降低铝熔体中的氢含量是铝熔体净化的主要目的之一；由于现有技术生产的铝合金纯度较低，氢含量较低，导致强度偏低，影响耐久性，因此需要基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法来改善现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材，包括以下质量百分比的原料组成：铝镁合金3-11％、铝铜合金2-7％、镁锌合金4-9％、镁铜合金2-9％、金属元素、稀土元素和精炼剂0.1-0.5％，其余为纯铝基材；加入的铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金和镁铜合金，自身具有较高的强度，在经过混炼后，使得合金之间多元化混合，从而使制备的铝合金强度增强。
作为本技术方案的进一步改进，所述金属元素至少包括钛、镍、钴、锆、钪、锰、硅和铬，加入金属元素形成弥散铝化物资点，产生弥散强化作用，可使制备的铝合金具有高强度和良好的韧性。
作为本技术方案的进一步改进，所述金属元素中各材料的用量百分比为钛1-2％、镍0.5-2％、钴0.5-2％、锆0.5-2％、锰2-3％、硅1-2％和铬0.5-1.5％。
作为本技术方案的进一步改进，所述稀土元素至少包括钪、铈、镨、钐和钇，加入的稀土元素，有利于提高铝基非晶合金的晶化温度，使得制备的铝合金的强度进一步提高。
作为本技术方案的进一步改进，所述稀土元素中各材料的用量百分比为钪0.1-0.5％、铈0.1-0.5％、镨0.1-0.3％、钐0.01-0.2％和钇0.01-0.2％。
作为本技术方案的进一步改进，所述精炼剂选自氯化钾、氯化钠、氟化硅酸钠、六氟铝酸钠和氯化钙中的至少一种，利用精炼剂对合金液中氧化夹杂的溶解和吸附能力，从而起到除杂的作用。
另一方面，本发明提供了一种用于如上述中任意一项所述基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金、镁铜合金分别加入至熔炉中，温度为900-1200℃下熔化成液态备用；
S2、将纯铝基材加入至熔炉中熔融，然后依次加入熔化后的铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金和镁铜合金，高温下熔炼，再依次加入金属元素与稀土元素，制得混合液；
S3、将混合液加入精炼剂进行精炼，完成精炼后扒去混合液表面的浮渣，制得合金液；
S4、将合金液中通入活性气体与惰性气体进行搅拌除气；
S5、将铝合金液进行铸造工作，即可制得成品铝合金。
优选的，所述S2中，熔炉温度为700-1000℃，熔炼时间为2-6h。
优选的，所述S3中，精炼温度为700-800℃，精炼时间为0.5-1h，精炼后静置15-30min。
优选的，所述S4中，活性气体为氯气；惰性气体为氮气与氩气中的至少一种；除气时间为15-30min。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法中，通过加入的多种二元合金与纯铝基材混炼，使得制备的铝合金具有较高强度。
2、该基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法中，通过加入的金属元素和稀土元素与铝合金液之间进行混合，可使制备的铝合金具有高强度和良好的韧性，进一步提升了使用的耐久性。
附图说明
图1为本发明的整体流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法，包括
1、选料：将铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金、镁铜合金分别加入至熔炉中，温度为900-1200℃下熔化成液态备用；
2、熔炼：将纯铝基材加入至熔炉中熔融，然后依次加入熔化后的铝镁合金3％、铝铜合金2％、镁锌合金4％和镁铜合金2％，700-1000℃下熔炼2-6h，再依次加入金属元素与稀土元素，制得混合液；
其中，金属元素用量配比为：钛1％、镍0.5％、钴0.5％、锆0.5％、锰2％、硅1％和铬0.5％；
稀土元素用量配比为：钪0.1％、铈0.1％、镨0.1％、钐0.01％和钇0.01％；
3、除杂：将混合液加入精炼剂进行精炼，精炼温度为700-800℃，精炼时间0.5-1h，完成精炼后静置15-30min，再扒去混合液表面的浮渣，制得合金液；
4、除气：将合金液中通入活性气体与惰性气体进行搅拌除气15-30min；
5、铸造：将铝合金液进行铸造工作，即可制得成品铝合金。
实施例2基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法，包括
1、选料：将铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金、镁铜合金分别加入至熔炉中，温度为900-1200℃下熔化成液态备用；
2、熔炼：将纯铝基材加入至熔炉中熔融，然后依次加入熔化后的铝镁合金5％、铝铜合金4％、镁锌合金6％和镁铜合金4％，700-1000℃下熔炼2-6h，再依次加入金属元素与稀土元素，制得混合液；
其中，金属元素用量配比为：钛1.25％、镍0.9％、钴0.9％、锆0.9％、锰2.75％、硅1.25％和铬0.75％；
稀土元素用量配比为：钪0.2％、铈0.2％、镨0.15％、钐0.05％和钇0.05％；
3、除杂：将混合液加入精炼剂进行精炼，精炼温度为700-800℃，精炼时间0.5-1h，完成精炼后静置15-30min，再扒去混合液表面的浮渣，制得合金液；
4、除气：将合金液中通入活性气体与惰性气体进行搅拌除气15-30min；
5、铸造：将铝合金液进行铸造工作，即可制得成品铝合金。
实施例3基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法，包括
1、选料：将铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金、镁铜合金分别加入至熔炉中，温度为900-1200℃下熔化成液态备用；
2、熔炼：将纯铝基材加入至熔炉中熔融，然后依次加入熔化后的铝镁合金7％、铝铜合金5％、镁锌合金7％和镁铜合金6％，700-1000℃下熔炼2-6h，再依次加入金属元素与稀土元素，制得混合液；
其中，金属元素用量配比为：钛1.5％、镍1.3％、钴1.3％、锆1.3％、锰2.5％、硅1.5％和铬1％；
稀土元素用量配比为：钪0.3％、铈0.3％、镨0.2％、钐0.1％和钇0.1％；
3、除杂：将混合液加入精炼剂进行精炼，精炼温度为700-800℃，精炼时间0.5-1h，完成精炼后静置15-30min，再扒去混合液表面的浮渣，制得合金液；
4、除气：将合金液中通入活性气体与惰性气体进行搅拌除气15-30min；
5、铸造：将铝合金液进行铸造工作，即可制得成品铝合金。
实施例4基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法，包括
1、选料：将铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金、镁铜合金分别加入至熔炉中，温度为900-1200℃下熔化成液态备用；
2、熔炼：将纯铝基材加入至熔炉中熔融，然后依次加入熔化后的铝镁合金9％、铝铜合金6％、镁锌合金8％和镁铜合金8％，700-1000℃下熔炼2-6h，再依次加入金属元素与稀土元素，制得混合液；
其中，金属元素用量配比为：钛1.75％、镍1.7％、钴1.7％、锆1.7％、锰2.75％、硅1.75％和铬1.25％；
稀土元素用量配比为：钪0.4％、铈0.4％、镨0.25％、钐0.15％和钇0.15％；
3、除杂：将混合液加入精炼剂进行精炼，精炼温度为700-800℃，精炼时间0.5-1h，完成精炼后静置15-30min，再扒去混合液表面的浮渣，制得合金液；
4、除气：将合金液中通入活性气体与惰性气体进行搅拌除气15-30min；
5、铸造：将铝合金液进行铸造工作，即可制得成品铝合金。
实施例5基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法，包括
1、选料：将铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金、镁铜合金分别加入至熔炉中，温度为900-1200℃下熔化成液态备用；
2、熔炼：将纯铝基材加入至熔炉中熔融，然后依次加入熔化后的铝镁合金11％、铝铜合金7％、镁锌合金9％和镁铜合金9％，700-1000℃下熔炼2-6h，再依次加入金属元素与稀土元素，制得混合液；
其中，金属元素用量配比为：钛2％、镍2％、钴2％、锆2％、锰3％、硅2％和铬1.5％；
稀土元素用量配比为：钪0.5％、铈0.5％、镨0.3％、钐0.2％和钇2％；
3、除杂：将混合液加入精炼剂进行精炼，精炼温度为700-800℃，精炼时间0.5-1h，完成精炼后静置15-30min，再扒去混合液表面的浮渣，制得合金液；
4、除气：将合金液中通入活性气体与惰性气体进行搅拌除气15-30min；
5、铸造：将铝合金液进行铸造工作，即可制得成品铝合金。
上述实施例1-5中，精炼剂选自氯化钾、氯化钠、氟化硅酸钠、六氟铝酸钠和氯化钙中的至少一种，利用精炼剂对合金液中氧化夹杂的溶解和吸附能力，从而起到除杂的作用；
活性气体为氯气；惰性气体为氮气与氩气中的至少一种。
本发明中基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材的相关指标，具体见表1：
表1
| 布氏硬度(HBW) | 弯曲强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | |
| 实施例1 | 713 | 798 | 655 |
| 实施例2 | 717 | 801 | 671 |
| 实施例3 | 735 | 815 | 701 |
| 实施例4 | 727 | 807 | 688 |
| 实施例5 | 722 | 803 | 686 |
根据表1所示，本发明实施例1-5中，均具有较好的布氏硬度、弯曲强度和抗拉强度，同时由表可以看出，实施例3中配比下制备的成品效果最好。
对比例1基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法，包括
1、选料：将铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金、镁铜合金分别加入至熔炉中，温度为900-1200℃下熔化成液态备用；
2、熔炼：将纯铝基材加入至熔炉中熔融，然后依次加入熔化后的铝镁合金7％、铝铜合金5％、镁锌合金7％和镁铜合金6％，700-1000℃下熔炼2-6h，再加入稀土元素，制得混合液；
其中，稀土元素用量配比为：钪0.3％、铈0.3％、镨0.2％、钐0.1％和钇0.1％；
3、除杂：将混合液加入精炼剂进行精炼，精炼温度为700-800℃，精炼时间0.5-1h，完成精炼后静置15-30min，再扒去混合液表面的浮渣，制得合金液；
4、除气：将合金液中通入活性气体与惰性气体进行搅拌除气15-30min；
5、铸造：将铝合金液进行铸造工作，即可制得成品铝合金。
对比例2基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法，包括
1、选料：将铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金、镁铜合金分别加入至熔炉中，温度为900-1200℃下熔化成液态备用；
2、熔炼：将纯铝基材加入至熔炉中熔融，然后依次加入熔化后的铝镁合金7％、铝铜合金5％、镁锌合金7％和镁铜合金6％，700-1000℃下熔炼2-6h，再加入金属元素，制得混合液；
其中，金属元素用量配比为：钛1.5％、镍1.3％、钴1.3％、锆1.3％、锰2.5％、硅1.5％和铬1％；
3、除杂：将混合液加入精炼剂进行精炼，精炼温度为700-800℃，精炼时间0.5-1h，完成精炼后静置15-30min，再扒去混合液表面的浮渣，制得合金液；
4、除气：将合金液中通入活性气体与惰性气体进行搅拌除气15-30min；
5、铸造：将铝合金液进行铸造工作，即可制得成品铝合金。
对比例3基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材及制备方法，包括
1、选料：将镁锭、铜锭、锌锭分别加入至熔炉中，温度为700-800℃下熔化成液态备用；
2、熔炼：将纯铝基材加入至熔炉中熔融，然后依次加入熔化后的镁锭、铜锭、锌锭，700-1000℃下熔炼2-6h，再依次加入金属元素与稀土元素，制得混合液；
其中，金属元素用量配比为：钛1.5％、镍1.3％、钴1.3％、锆1.3％、锰2.5％、硅1.5％和铬1％；
稀土元素用量配比为：钪0.3％、铈0.3％、镨0.2％、钐0.1％和钇0.1％；
3、除杂：将混合液加入精炼剂进行精炼，精炼温度为700-800℃，精炼时间0.5-1h，完成精炼后静置15-30min，再扒去混合液表面的浮渣，制得合金液；
4、除气：将合金液中通入活性气体与惰性气体进行搅拌除气15-30min；
5、铸造：将铝合金液进行铸造工作，即可制得成品铝合金。
本发明制备的基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材具有较高的强度，与加入的二元合金、金属元素与稀土元素有较大关系，为了验证相关的技术方案，申请人进行了如下试验：
对比例1-3：采用实施例3的方法，在分别去除二元合金、金属元素与稀土元素的情况下，检测制备的合金铝材相关指标，具体见表2：
表2
| 布氏硬度(HBW) | 弯曲强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | |
| 对比例1 | 535 | 591 | 533 |
| 对比例2 | 517 | 509 | 487 |
| 对比例3 | 457 | 473 | 429 |
| 实施例3 | 735 | 815 | 701 |
根据表2所示，对比例1-3相较于实施例3，在单独去除金属元素、稀土元素和二元合金时，合金铝材的布氏硬度、弯曲强度和抗拉强度均有不同程度的下降，其中当单独去除二元合金时，下降最明显，因此可以看出，本发明的制备方法是影响合金铝材强度的重要因素。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材，其特征在于，包括以下质量百分比的原料组成：铝镁合金3-11％、铝铜合金2-7％、镁锌合金4-9％、镁铜合金2-9％、金属元素、稀土元素和精炼剂0.1-0.5％，其余为纯铝基材。
2.根据权利要求1所述的基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材，其特征在于：所述金属元素至少包括钛、镍、钴、锆、钪、锰、硅和铬。
3.根据权利要求2所述的基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材，其特征在于：所述金属元素中各材料的用量百分比为钛1-2％、镍0.5-2％、钴0.5-2％、锆0.5-2％、锰2-3％、硅1-2％和铬0.5-1.5％。
4.根据权利要求1所述的基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材，其特征在于：所述稀土元素至少包括钪、铈、镨、钐和钇。
5.根据权利要求4所述的基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材，其特征在于：所述稀土元素中各材料的用量百分比为钪0.1-0.5％、铈0.1-0.5％、镨0.1-0.3％、钐0.01-0.2％和钇0.01-0.2％。
6.根据权利要求1所述的基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材，其特征在于：所述精炼剂选自氯化钾、氯化钠、氟化硅酸钠、六氟铝酸钠和氯化钙中的至少一种。
7.一种用于如权利要求1-6中任意一项所述基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金、镁铜合金分别加入至熔炉中，温度为900-1200℃下熔化成液态备用；
S2、将纯铝基材加入至熔炉中熔融，然后依次加入熔化后的铝镁合金、铝铜合金、镁锌合金和镁铜合金，高温下熔炼，再依次加入金属元素与稀土元素，制得混合液；
S3、将混合液加入精炼剂进行精炼，完成精炼后扒去混合液表面的浮渣，制得合金液；
S4、将合金液中通入活性气体与惰性气体进行搅拌除气；
S5、将铝合金液进行铸造工作，即可制得成品铝合金。
8.根据权利要求7所述的基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材的制备方法，其特征在于：所述S2中，熔炉温度为700-1000℃，熔炼时间为2-6h。
9.根据权利要求7所述的基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材的制备方法，其特征在于：所述S3中，精炼时间为0.5-1h，精炼后静置15-30min。
10.根据权利要求7所述的基于熔体净化式的耐久性好的合金铝材的制备方法，其特征在于：所述S4中，活性气体为氯气；惰性气体为氮气与氩气中的至少一种；除气时间为15-30min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220308 |