CN116083762B - 一种适合一体化压铸铝合金材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝合金材料领域，具体提供了一种适合一体化压铸铝合金材料，包含以下重量份组份：工业硅8‑11份、镁锭0.4‑0.7份、纯铝40‑60份、铝锰10合金0.3‑0.6份、铝钛10合金0.1‑0.2份、铝锶10合金0.1‑0.2份、铝钒10合金1‑2份、改性铝镧铈10混合稀土合金0.5‑0.7份。经过多次试验，本发明提供的铝合金材料，能免热处理且适用一体化压铸工艺，具有优异的综合性能的同时节省生产工序，减少了生产成本和生产周期。其中采用的改性铝镧铈10混合稀土合金，提高了其延展性抗拉强度、屈服强度以及延伸率等力学性能，并在制备过程中加入了无钠精炼剂，在合金制备过程中具有优异的除杂除气作用，有效提高合金材料的流动性、耐腐蚀性以及力学性能且对铝合金材料无损害且不产生有毒气体。
Description
技术领域
涉及铝合金材料领域，具体提供了一种适合一体化压铸铝合金材料。
背景技术
近年来随着工业化的飞速发展，交通、能源、通迅等行业对压铸铝合金各方面的要求不断提升，趋向向于更轻量化，多工序整合一体化成型，现有技术存在一体化压铸效率低、生产成本提高产品合格率低以及传统材料工艺局限包括在热处理过程的起泡、变型、失效；生产周期长等问题。为满足上述工业需求，发明一种适合一体化压铸铝合金材料。
专利号201110202768.3公开了一种铝合金，具备极好的机械强度，加工性能和耐腐蚀性能，但是仍采用热处理且不适合一体化压铸生产，生产成本和时间都过高。
而铝合金制备过程中，由于工艺以及原料影响，铝液中会有氢气和浮游氧化夹渣，从而造成铸件产生气孔，裂纹等缺陷，进而影响铸件的力学性能，抗腐蚀性能等性能。精炼剂能除气并能吸附夹渣上浮到表面形成干渣。目前市场上大部分都是含钠精炼剂，钠的熔点和溶解度比较低，会对合金的性能造成消极影响，而市场上的无钠精炼剂一般含有钠盐，对铝合金仍具有一定危害作用。
专利号CN103643069A公开了一种铝合金精炼剂，组分为KCl、NaCl、CaF2、Na3AlF6、Mg2N3、C2Cl6，钠盐的使用也引进了钠，而C2Cl6会在精炼过程中产生有毒气体。
发明内容
发明目的：本发明目的在于解决现有技术不足，提供一种适合一体化压铸铝合金材料。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种适合一体化压铸铝合金材料，包括以下重量份组分：工业硅8-11份、镁锭0.4-0.7份、纯铝40-60份、铝锰10合金0.3-0.6份、铝钛10合金0.1-0.2份、铝锶10合金0.1-0.2份、铝钒10合金1-2份、改性铝镧铈10混合稀土合金0.5-0.7份。
优选地，所述的一种适合一体化压铸铝合金材料，包括以下重量份组分：工业硅10份、镁锭0.5份、纯铝50份、铝锰10合金0.5份、铝钛10合金0.15份、铝锶10合金0.15份、铝钒10合金1.5份、改性铝镧铈10混合稀土合金0.6份。
经过多次测试可知，本发明所制得的一种适合一体化压铸铝合金材料，制备过程中添加了改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）并用改性无钠精炼剂进行精炼，具备优异的综合性能和低杂质的特点。
改性无钠精炼剂起到精炼作用，添加了含有钐和镱稀土元素改性稀土混合物，能对金属熔体中氧化物和固态物等起到显著的浸润，吸附和去除作用，除气效果强。
改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）制备过程中，添加了改性剂，其综合机械性能显著提高。
本发明所述铝合金材料的制备方法包含以下步骤：
步骤1：将纯铝锭投入熔炼炉中，升温至650～730℃使得纯铝锭完全熔化；然后将工业硅加入到铝液中继续升温至730～750℃，加入剩下原料并保温，保温时间为30～40min，保证中间合金全部熔化；
步骤2：将步骤2熔化后得到的金属熔液温度升至750℃，加入3-4g/kg的精炼剂进行精炼除气，精炼过程中，将精炼管放入金属熔液内，采取网格形有序的由上精炼，精炼剂出粉率控制在1~1.5Kg/min进行除气完毕后，将温度降至740℃并静置10～15min，使夹杂物充分的上浮下沉，然后进行扒渣；
步骤3：将步骤2处理后的金属熔液放到铝液保温包专用包。
优选地，所述的铝液放汤温度为730～740℃。
优选地，所述精炼剂为无钠精炼剂。
本发明所述的无钠精炼剂的制备方法为：将下列重量份原料KCl30-40份，KNO340-45份，MgCl210-20份，AlF315-35份，氟钛酸钾8-12份，石墨粉3-6份，轻质碳酸钙8-12份，大理石6-16份，萤石4-18份，改性稀土混合物6-8份，粉碎过60-80目筛，加入搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为40-50min，再放入滚筒式烘干筒中，在温度为300-350℃下烘烤，烘烤后过过60目筛，冷却至30-35℃，分装密闭。
优选地，所述的改性稀土混合物的制备方法为：将下列重量份组分：
纳米钐粉6-8份、镱8-12份，钨酸铵3-4份，偏钒酸钾3-5份和160-180份水混合均匀，在30-40℃的温度下搅拌1-2h，静置30-60分钟，压缩干燥后在氮气中焙烧，焙烧温度为500-600℃，焙烧时间为4-5h，即得改性稀土混合物。
本发明所述的改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）的制备方法包含以下步骤：
步骤1：在铝合金熔体中加入改性剂，完全融化后除气除渣，静置，当溶液温度达600-700℃时浇铸铸锭；
步骤2：将铸锭480-500℃，3-6h进行均匀化热处理，在420-480℃的温度下进行热轧和热挤压，得到变形铸锭；
步骤3：将变形铸锭在470℃下保温2-3小时，进行水淬后，在温度为140-160℃时保温1h-2h，随后自然冷却至室温得到改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）；
所述的铝合金熔体和改性剂的重量份数比为80-110:14-18。
优选地，所述的改性剂由纳米氧化铝粉、纳米镧粉和硝酸铈的组成，纳米氧化铝粉、纳米镧粉和硝酸铈的重量份数比为12-14:1-2:2-4。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的铝合金材料，能免热处理且适用一体化压铸工艺，避免了热处理带来的对合金材料的工艺损伤，具有优异的机械性能，耐腐蚀性能和加工性能等综合性能，同时节省了生产工序，减少了生产成本和生产周期。本发明的铝合金材料采用改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10），提高了其延展性抗拉强度、屈服强度以及延伸率等力学性能，并在制备过程中加入了改性无钠精炼剂，在合金制备过程中具有优异的除杂除气作用，有效提高合金材料的流动性，耐腐蚀性以及力学性能，避免了钠离子带来的对铝合金材料的损害，且不会产生有毒气体。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明进行说明，特此申明，此处所选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例的一种适合一体化压铸铝合金材料，包括以下重量份组分：工业硅10份、镁锭0.5份、纯铝50份、铝锰10合金0.5份、铝钛10合金0.15份、铝锶10合金0.15份、铝钒10合金1.5份、改性铝镧铈10混合稀土合金0.6份。
本实施例所述铝合金材料的制备方法包含以下步骤：
步骤1：将纯铝锭投入熔炼炉中，升温至690℃使得纯铝锭完全熔化；然后将工业硅加入到铝液中继续升温至740℃，加入剩下原料并保温，保温时间为35min，保证中间合金全部熔化；
步骤2：将步骤2熔化后得到的金属熔液温度升至750℃，加入3g/kg的精炼剂进行精炼除气，精炼过程中，将精炼管放入金属熔液内，采取网格形有序的由上精炼，精炼剂出粉率控制在1.2Kg/min进行除气完毕后，将温度降至740℃并静置13min，使夹杂物充分的上浮下沉，然后进行扒渣；
步骤3：将步骤2处理后的金属熔液放到铝液保温包专用包。
所述的铝液放汤温度为735℃。
所述精炼剂为无钠精炼剂。
本发明所述的无钠精炼剂的制备方法为：将下列重量份原料KCl35份，KNO342份，MgCl215份，AlF327份，氟钛酸钾10份，石墨粉5份，轻质碳酸钙10份，大理石11份，萤石11份，改性稀土混合物7份，粉碎过70目筛，加入搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为45min，再放入滚筒式烘干筒中，在温度为325℃下烘烤，烘烤后过过60目筛，冷却至32℃，分装密闭。
所述的改性稀土混合物的制备方法为：将下列重量份组分：纳米钐粉7份、镱10份，钨酸铵4份，偏钒酸钾4份和170份水混合均匀，在35℃的温度下搅拌2h，静置50分钟，压缩干燥后在氮气中焙烧，焙烧温度为550℃，焙烧时间为4h，即得改性稀土混合物。
本实施例所述的改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）的制备方法包含以下步骤：
步骤1：在铝合金熔体中加入改性剂，完全融化后除气除渣，静置，当溶液温度达650℃时浇铸铸锭；
步骤2：将铸锭490℃，5h进行均匀化热处理，在460℃的温度下进行热轧和热挤压，得到变形铸锭；
步骤3：将变形铸锭在470℃下保温2小时，进行水淬后，在温度为150℃时保温2h，随后自然冷却至室温得到改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）；
所述的铝合金熔体和改性剂的重量份数比为95:16。
所述的改性剂由纳米氧化铝粉、纳米镧粉和硝酸铈的组成，纳米氧化铝粉、纳米镧粉和硝酸铈的重量份数比为13:1:3。
实施例2
本实施例的一种适合一体化压铸铝合金材料，包括以下重量份组分：工业硅8份、镁锭0.4份、纯铝40份、铝锰10合金0.3份、铝钛10合金0.1份、铝锶10合金0.1份、铝钒10合金1份、改性铝镧铈10混合稀土合金0.5份。
本实施例所述铝合金材料的制备方法包含以下步骤：
步骤1：将纯铝锭投入熔炼炉中，升温至650℃使得纯铝锭完全熔化；然后将工业硅加入到铝液中继续升温至730℃，加入剩下原料并保温，保温时间为30min，保证中间合金全部熔化；
步骤2：将步骤2熔化后得到的金属熔液温度升至750℃，加入4g/kg的精炼剂进行精炼除气，精炼过程中，将精炼管放入金属熔液内，采取网格形有序的由上精炼，精炼剂出粉率控制在1Kg/min进行除气完毕后，将温度降至740℃并静置10min，使夹杂物充分的上浮下沉，然后进行扒渣；
步骤3：将步骤2处理后的金属熔液放到铝液保温包专用包。
所述的铝液放汤温度为730℃。
所述精炼剂为无钠精炼剂。
本发明所述的无钠精炼剂的制备方法为：将下列重量份原料KCl30份，KNO340份，MgCl210份，AlF315份，氟钛酸钾8份，石墨粉3份，轻质碳酸钙8份，大理石6份，萤石4份，改性稀土混合物6份，粉碎过60目筛，加入搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为40min，再放入滚筒式烘干筒中，在温度为300℃下烘烤，烘烤后过过60目筛，冷却至30℃，分装密闭。
所述的改性稀土混合物的制备方法为：将下列重量份组分：纳米钐粉6份、镱8份，钨酸铵3份，偏钒酸钾3份和160份水混合均匀，在30℃的温度下搅拌1h，静置30分钟，压缩干燥后在氮气中焙烧，焙烧温度为500℃，焙烧时间为4h，即得改性稀土混合物。
本实施例所述的改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）的制备方法包含以下步骤：
步骤1：在铝合金熔体中加入改性剂，完全融化后除气除渣，静置，当溶液温度达600℃时浇铸铸锭；
步骤2：将铸锭480℃，3h进行均匀化热处理，在420℃的温度下进行热轧和热挤压，得到变形铸锭；
步骤3：将变形铸锭在470℃下保温2小时，进行水淬后，在温度为140℃时保温1h，随后自然冷却至室温得到改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）；
所述的铝合金熔体和改性剂的重量份数比为80:14。
所述的改性剂由纳米氧化铝粉、纳米镧粉和硝酸铈的组成，纳米氧化铝粉、纳米镧粉和硝酸铈的重量份数比为12:1:2。
实施例3
本实施例的一种适合一体化压铸铝合金材料，包括以下重量份组分：工业硅11份、镁锭0.7份、纯铝60份、铝锰10合金0.6份、铝钛10合金0.2份、铝锶10合金0.2份、铝钒10合金2份、改性铝镧铈10混合稀土合金0.7份。
本实施例所述铝合金材料的制备方法包含以下步骤：
步骤1：将纯铝锭投入熔炼炉中，升温至730℃使得纯铝锭完全熔化；然后将工业硅加入到铝液中继续升温至750℃，加入剩下原料并保温，保温时间为40min，保证中间合金全部熔化；
步骤2：将步骤2熔化后得到的金属熔液温度升至750℃，加入3g/kg的精炼剂进行精炼除气，精炼过程中，将精炼管放入金属熔液内，采取网格形有序的由上精炼，精炼剂出粉率控制在1.5Kg/min进行除气完毕后，将温度降至740℃并静置15min，使夹杂物充分的上浮下沉，然后进行扒渣；
步骤3：将步骤2处理后的金属熔液放到铝液保温包专用包。
所述的铝液放汤温度为740℃。
所述精炼剂为无钠精炼剂。
本发明所述的无钠精炼剂的制备方法为：将下列重量份原料KCl40份，KNO345份，MgCl220份，AlF335份，氟钛酸钾12份，石墨粉6份，轻质碳酸钙12份，大理石16份，萤石18份，改性稀土混合物8份，粉碎过80目筛，加入搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为50min，再放入滚筒式烘干筒中，在温度为350℃下烘烤，烘烤后过过60目筛，冷却至35℃，分装密闭。
所述的改性稀土混合物的制备方法为：将下列重量份组分：纳米钐粉8份、镱12份，钨酸铵4份，偏钒酸钾5份和180份水混合均匀，在40℃的温度下搅拌2h，静置60分钟，压缩干燥后在氮气中焙烧，焙烧温度为600℃，焙烧时间为5h，即得改性稀土混合物。
本实施例所述的改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）的制备方法包含以下步骤：
步骤1：在铝合金熔体中加入改性剂，完全融化后除气除渣，静置，当溶液温度达700℃时浇铸铸锭；
步骤2：将铸锭500℃，6h进行均匀化热处理，在480℃的温度下进行热轧和热挤压，得到变形铸锭；
步骤3：将变形铸锭在470℃下保温3小时，进行水淬后，在温度为160℃时保温2h，随后自然冷却至室温得到改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）；
所述的铝合金熔体和改性剂的重量份数比为110:18。
所述的改性剂由纳米氧化铝粉、纳米镧粉和硝酸铈的组成，纳米氧化铝粉、纳米镧粉和硝酸铈的重量份数比为14:2:4。
对比例1
对比例1与实施例2的不同之处在于，不添加改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）。
对比例2
对比例2与实施例2的不同之处在于，添加市面上购买的含钠精炼剂。
对比例3
对比例3与实施例2的不同之处在于，添加未改性的铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）。
对比例4
对比例4与实施例2的不同之处在于，改性无钠精炼剂中的制备过程中不添加改性稀土混合物。
将上述实施例与对比例所制得的金属熔液用一体化压铸装置制得铸件。
实施例1-3所制得精炼后的铝合金熔体氢含量为0.10-0.12ml/100mAl，可充分去除熔体的氧化物夹杂，除渣率为92%-94%；对比例2和对比例3所制得的精炼后的铝合金熔体氢含量为0.22-0.27ml/100mAl，除渣率为81%-84%。
铝合金材料的力学性能测试
将上述实施例1-3和对比例1-4制备的铝合金材料和压铸试件取样进行力学拉伸测试，其力学性能如表1所示。
表1.
由表1可知，本发明范围内所制得的铝合金材料和压铸试件均具有优异的力学性能。由对比例1和对比例3,可知，采用改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10），提高了铝合金材料延展性抗拉强度、屈服强度以及延伸率等力学性能，所制得的压铸试件的综合力学性能也优于未改性铝镧铈10混合稀土合金（AlLaCe10）；由对比例2和对比例4可知，本发明制备的用改性稀土混合物改性的无钠精炼剂，比含钠精炼剂，制得的铝合金材料和压铸试件的力学性能明显提高。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (4)
1.一种适合一体化压铸铝合金材料，其特征在于，包括以下重量份组分：工业硅8-11份、镁锭0.4-0.7份、纯铝40-60份、铝锰10合金0.3-0.6份、铝钛10合金0.1-0.2份、铝锶10合金0.1-0.2份、铝钒10合金1-2份、改性铝镧铈10混合稀土合金0.5-0.7份；
所述铝合金材料的制备方法包含以下步骤：
步骤1：将纯铝锭投入熔炼炉中，升温至650～730℃使得纯铝锭完全熔化；然后将工业硅加入到铝液中继续升温至730～750℃，加入剩下原料并保温，保温时间为30～40min，保证中间合金全部熔化；
步骤2：将步骤1熔化后得到的金属熔液温度升至750℃，加入3-4g/kg的精炼剂进行精炼除气，精炼过程中，将精炼管放入金属熔液内，采取网格形有序的由上精炼，精炼剂出粉率控制在1～1.5kg/min，进行除气完毕后，将温度降至740℃并静置10～15min，使夹杂物充分的上浮下沉，然后进行扒渣；
步骤3：将步骤2处理后的金属熔液放到铝液保温包专用包；
所述精炼剂为无钠精炼剂；
所述的无钠精炼剂的制备方法为：将下列重量份原料KCl30-40份，KNO340-45份，MgCl210-20份，AlF315-35份，氟钛酸钾8-12份，石墨粉3-6份，轻质碳酸钙8-12份，大理石6-16份，萤石4-18份，改性稀土混合物6-8份，粉碎过60-80目筛，加入搅拌机中搅拌均匀，搅拌时间为40-50min，再放入滚筒式烘干筒中，在温度为300-350℃下烘烤，烘烤后过60目筛，冷却至30-35℃，分装密闭；
所述的改性稀土混合物的制备方法为：将下列重量份组分：纳米钐粉6-8份、镱8-12份，钨酸铵3-4份，偏钒酸钾3-5份和160-180份水混合均匀，在30-40℃的温度下搅拌1-2h，静置30-60分钟，压缩干燥后在氮气中焙烧，焙烧温度为500-600℃，焙烧时间为4-5h，即得改性稀土混合物；
所述的改性铝镧铈10混合稀土合金的制备方法包含以下步骤：
步骤1：在铝合金熔体中加入改性剂，完全融化后除气除渣，静置，当熔液温度达600-700℃时浇铸铸锭；
步骤2：将铸锭在480-500℃，3-6h进行均匀化热处理，在420-480℃的温度下进行热轧和热挤压，得到变形铸锭；
步骤3：将变形铸锭在470℃下保温2-3小时，进行水淬后，在温度为140-160℃时保温1h-2h，随后自然冷却至室温得到改性铝镧铈10混合稀土合金；
所述的铝合金熔体和改性剂的重量份数比为80-110:14-18。
2.根据权利要求1所述的一种适合一体化压铸铝合金材料，其特征在于，包括以下重量份组分：工业硅10份、镁锭0.5份、纯铝50份、铝锰10合金0.5份、铝钛10合金0.15份、铝锶10合金0.15份、铝钒10合金1.5份、改性铝镧铈10混合稀土合金0.6份。
3.根据权利要求1所述的一种适合一体化压铸铝合金材料，其特征在于，所述的铝液放汤温度为730～740℃。
4.根据权利要求1所述的一种适合一体化压铸铝合金材料，其特征在于，所述的改性剂由纳米氧化铝粉、纳米镧粉和硝酸铈组成，纳米氧化铝粉、纳米镧粉和硝酸铈的重量份数比为12-14:1-2:2-4。
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