CN1304614C - 一种有色金属用变质剂及其制备方法 - Google Patents

一种有色金属用变质剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种有色金属熔炼用变质剂及其制备方法。变质剂质量百分比为：含变质元素的化合物5-15%，硅酸溶胶0.1-1%，其余为硅酸盐或石墨砂粒，其中所述的含变质元素的化合物为钠、锶或稀土的碳酸盐、氧化物、硝酸盐、氯化物、氟化物或它们任意比例的组合物。变质剂制备方法为：先制备含变质元素的化合物-水微纳米分散体系，再经浓缩后加入到混有硅酸溶胶粘结剂的硅酸盐或石墨砂粒中，在105-600℃加热并搅拌0.3-3小时，得到砂粒状的变质剂，冷却后密闭包装，备用。利用本发明制备的变质剂对铝合金、镁合金进行变质处理时，变质元素利用率高，变质后金属力学性能显著改善。

Description

一种有色金属用变质剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种有色金属熔炼用化合物变质剂及其制备方法，尤其是用于铝合金或镁合金熔炼的变质剂及其制备方法。属于金属熔炼技术领域。
背景技术
变质剂广泛用于有色金属，尤其是铝合金和镁合金，熔炼过程中，通过改善金属基体及增强相组织，提高金属的力学性能。
常用变质剂分为合金变质剂和化合物变质剂两大类。合金变质剂中的变质元素以单质和(或)金属间化合物形式存在，加入金属熔体后熔融并扩散到熔体中，发挥变质作用。盐类变质剂中的变质元素以化合物形式存在，加入金属熔体后与熔体金属发生置换反应，变质元素进入熔体，发挥变质作用。科学研究和工程实践中发现，化合物变质剂能向金属熔体提供新生态变质元素，赋予金属熔炼过程独特的变质效果。同时，与合金变质剂相比，化合物变质剂制造成本较低，技术经济性更好。
铝合金和镁合金熔炼常用变质元素有：钠、锶、稀土、锑、铋、钡、钛、硼、锆、钪等，其中钠、锶、稀土等元素具有良好变质效果，应用广泛，锶和稀土还具有变质作用保持时间长的特点而被称为“长效变质剂”。
化合物变质剂加入熔体金属后，必须与熔体金属发生置换反应，变质元素才能进入熔体，发挥变质作用。因此要求变质剂与熔体间有足够的接触界面，以实现化学反应和界面传质的动力学和热力学过程。现有技术的化合物变质剂多为粉状，无论以固相形式与熔体接触，还是以熔盐形式与熔体接触，其接触面积均较小，化学反应和界面传质阻力大，导致变质剂利用率(吸收率)低，增加变质剂用量则会加大生产成本并带入较多杂质，而且，有时增加变质剂用量后，金属熔体中变质元素含量仍达不到要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种有色金属用新变质剂及其制备新方法，发明技术方案为：将微纳米级的变质元素的化合物粘附于瘠性的硅酸盐或石墨砂粒载体表面，利用微纳米变质元素化合物的巨大的表面效应和界面效应，以及硅酸盐砂粒的大比表面积，创造有利于变质元素向金属熔体中传播的热力学条件和动力学条件，有效提高变质元素的利用率，获得具有良好力学性能的合金材料。
本发明涉及一种新型的有色金属用变质剂及其制备方法。
本发明的变质剂的成分的质量百分比为：含变质元素的化合物5-15％，硅酸溶胶0.1-1％，其余为硅酸盐或石墨砂粒，其中所述的含变质元素的化合物为钠、锶或稀土的碳酸盐、氧化物、硝酸盐、氯化物、氟化物或它们任意比例的组合物。
本发明的变质剂的制备方法为：
(1)制备含变质元素的化合物-水分散体系，化合物与水的质量比为1∶(10-30)；
(2)去除分散体系中的部分水分，浓缩到化合物与水的质量比为1∶(1-5)；
(3)将硅酸溶胶用(2-10)倍的水稀释后加入硅酸盐或石墨砂粒并混合均匀；
(4)将步骤(2)得到的混合物加入步骤(3)得到混合物中并混合均匀；
(5)将步骤(4)得到的混合物在105-600℃加热并搅拌0.3-3小时，得到砂粒状的变质剂；
(6)冷却后密闭包装，备用。
本发明的变质剂的使用方法分压入法和自沉法为：
(1)压入法：用于密度小于金属熔体的变质剂。将变质剂撒于金属熔体表面，用钟罩或压板将变质剂压到金属熔体底部并分散于底部各处，去除钟罩或压板，变质剂自底部上浮到熔体表面，重复压入-上浮过程可提高变质元素利用率，静置3-10分钟，去处金属熔体表面的变质剂残渣，完成变质过程。
(2)自沉法：用于密度大于金属熔体的变质剂。将变质剂均匀撒于金属熔体表面，变质剂下沉过程到金属熔体底部，静置3-10分钟，完成变质过程。金属熔体用毕后去除坩锅底部变质剂残渣。
利用本发明制备的变质剂对铝合金、镁合金进行变质处理时，变质元素利用率高，变质后金属力学性能显著改善。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1：一种用于铸造铝合金ZL101的变质剂
1.变质剂质量百分比
碳酸锶10％，氟化钠5％，硅溶胶1％，其余为平均粒度为0.3mm的石墨砂。
2.变质剂制备工艺
(1)向氢氧化锶水溶液中通入二氧化碳气体，得到碳酸锶胶体，胶体中碳酸锶含量5％，平均粒径80纳米。将氟化钠加入胶体中。
(2)加热胶体至沸腾，去除胶体中的部分水分，将胶体浓缩到碳酸锶含量20％。
(3)将硅溶胶用5倍水稀释，与石墨砂混合均匀。
(4)将浓缩的胶体混入加有硅溶胶的石墨砂中，在280℃加热并搅拌2小时，得到砂粒状变质剂。
3.变质剂的应用
采用压入法添加到温度为720℃的金属熔体，加入量为金属熔体的1％。
变质效果：金属型试棒经T6热处理后的抗拉强度σb＝260MPa，延生率δ＝8％，较未使用变质剂的同种金属分别提高62.5％和33.3％，变质效果显著。
实施例2：一种用于铸造铝合金ZL107的变质剂
1.变质剂质量百分比
富镧碳酸稀土3％，碳酸锶3％，氟化钠3％，水玻璃0.1％，其余为平均粒度为0.5mm的石英砂。
2.变质剂制备工艺
(1)将富镧碳酸稀土和碳酸锶进行湿式高能球磨，至平均粒径30纳米，超声分散制备含量10％胶体。将氟化钠加入胶体中。
(2)将水玻璃用10倍水稀释，与石英砂混合均匀。
(3)将浓缩的胶体混入加有水玻璃的石英砂中，在600℃加热并搅拌20分钟，得到砂粒状变质剂。
3.变质剂的应用
采用自沉法添加到温度为700℃的金属熔体，加入量为金属熔体的1％。
变质效果：金属型试棒经T6热处理后的抗拉强度σb＝200MPa，延生率δ＝3％，较未使用变质剂的同种金属分别提高30％和200％，变质效果显著。
实施例3：一种用于铸造镁合金AZ91D的变质剂
1.变质剂质量百分比
富铈氯化稀土2.5％，氯化锶2.5％，水玻璃0.1％，其余为平均粒度为0.5mm的高铝砂。
2.变质剂制备工艺
(1)将富铈氯化稀土和氯化锶配成二者的总浓度为10％的溶液。
(2)将水玻璃用5倍水稀释，与高铝砂砂混合均匀。
(3)将浓缩的胶体混入加有水玻璃的高铝砂砂中，在105℃加热并搅拌3小时，得到砂粒状变质剂。
3.变质剂的应用
采用自沉法添加到温度为760℃的金属熔体，加入量为金属熔体的1％。
变质效果：金属型试棒经热处理后的抗拉强度σb＝198MPa，延生率δ＝1.9％，较未使用变质剂的同种金属分别提高32.0％和18.8％，变质效果显著。

Claims (3)

1.一种有色金属用变质剂，其特征是其成分的质量百分比为：含变质元素的化合物5-15％，硅酸溶胶0.1-1％，其余为硅酸盐或石墨砂粒，其中所述的含变质元素的化合物为钠、锶或稀土的碳酸盐、氧化物、硝酸盐、氯化物、氟化物或它们任意比例的组合物。
2.一种如权利要求1的有色金属变质剂的制备方法，其特征是工艺过程为：
(1)制备含变质元素的化合物-水分散体系，化合物与水的质量比为1∶(10-30)；
(2)去除分散体系中的部分水分，浓缩到化合物与水的质量比为1∶(1-5)；
(3)将硅酸溶胶用(2-10)倍的水稀释后加入硅酸盐或石墨砂粒并混合均匀；
(4)将步骤(2)得到的混合物加入步骤(3)得到混合物中并混合均匀；
(5)将步骤(4)得到的混合物在105-600℃加热并搅拌0.3-3小时，得到砂粒状的变质剂；
(6)冷却后密闭包装，备用。
3.根据权利要求2所述的有色金属变质剂的制备方法，其特征是分散体系中分散相为含变质元素的化合物，其粒径不大于20微米。
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