JP2021134379A

JP2021134379A - Aluminum alloy dephosphorization method

Info

Publication number: JP2021134379A
Application number: JP2020030102A
Authority: JP
Inventors: 真行森中; Masayuki Morinaka
Original assignee: MRDC Ltd
Current assignee: MRDC Ltd
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-09-13

Abstract

To provide a dephosphorization method in which P amount in aluminum alloy is reduced to 2 ppm or less.SOLUTION: The problem is solved by increasing the amount of silicon (Si) in the molten aluminum alloy to 13 to 20%, followed by solidification to yield an ingot, and, while melting the ingot on an inclined plate or net installed in the melting furnace, dropping or flowing down the eutectic molten liquid.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アルミニウム合金の脱リン方法に関する The present invention relates to a method for removing phosphorus from an aluminum alloy.

本願発明者(以下、本出願人という場合もある。)は、これまでも大手研究機関において、輸送機器に使用されるアルミニウム合金の研究開発に従事してきた。その研究機関を退職した後も、自らアルミニウム合金に関する研究所を立上げ、現在も委託等により、研究開発業務に従事している。
こうした経緯の中で、本発明者の開示した研究論文や取得した特許権は多岐にわたり、また関連書籍等も数多く出版している。それらをすべて列記することは紙面上難しく、開示論文の一部を参考文献１から３に挙げ、同様に特許出願の一部を特許文献１から３に挙げる。 The inventor of the present application (hereinafter, also referred to as the applicant) has been engaged in research and development of aluminum alloys used for transportation equipment at major research institutes. Even after retiring from the research institute, he set up his own research institute on aluminum alloys and is still engaged in research and development work on consignment.
Under these circumstances, the research papers disclosed by the present inventor and the patent rights acquired are diverse, and many related books are published. It is difficult to list all of them on paper, and some of the disclosed papers are listed in References 1 to 3, and similarly, some of the patent applications are listed in Patent Documents 1 to 3.

以上のように、本出願人は、アルミニウム金属に関する研究を継続し、令和元年９月にも発明の名称を「アルミニウム合金の溶湯中のリン化アルミニウムクラスタ−の除去方法」とする特許出願(特願２０１９−１７２１７３号)をし、現在審査中であり、本願はその発明に関連したものであり、その概要を以下に述べる。 As described above, the applicant continued his research on aluminum metals and applied for a patent in September of the first year of the Ordinance with the title of the invention being "a method for removing aluminum phosphide clusters in molten aluminum alloys". (Japanese Patent Application No. 2019-172173), which is currently under examination, and the present application is related to the invention, the outline of which is described below.

鋳造用のアルミニウム合金には不可避的不純物として、５乃至２０ＰＰＭ程度のリン(Ｐ)(以下、単にＰとだけ表示する場合もある)が混入している。リン(Ｐ)はアルミニウム合金の溶湯中でリン化アルミニウム(以下、ＡｌＰと表示する場合もある)を形成している。この溶湯を鋳型に注ぐと、リン化アルミニウム(ＡｌＰ)は、シリコン（Ｓｉ)の結晶を核生成する作用がある。すると、鋳物の内部に粗大なＳｉの結晶が形成される。この場合、鋳物の機械的性質、特に伸びが低下する。そのため、溶湯中のリン(Ｐ)を低減させる脱リン方法が求められている。 As an unavoidable impurity, phosphorus (P) of about 5 to 20 PPM (hereinafter, may be simply referred to as P) is mixed in the aluminum alloy for casting. Phosphorus (P) forms aluminum phosphide (hereinafter, may be referred to as AlP) in the molten aluminum alloy. When this molten metal is poured into a mold, aluminum phosphide (AlP) has the effect of nucleating silicon (Si) crystals. Then, coarse Si crystals are formed inside the casting. In this case, the mechanical properties of the casting, especially the elongation, are reduced. Therefore, there is a demand for a dephosphorization method for reducing phosphorus (P) in the molten metal.

従来から、特許文献1に示すような脱リン方法が開示されている。しかしながら、Ｐの量を３ＰＰＭ以下に低下させる方法は見当たらない。そこで、本願は、アルミニウム合金中のリン（Ｐ）の量を２ＰＰＭ以下に低下できる脱リン方法を提供するものである。 Conventionally, a dephosphorization method as shown in Patent Document 1 has been disclosed. However, there is no way to reduce the amount of P to 3 PPM or less. Therefore, the present application provides a dephosphorization method capable of reducing the amount of phosphorus (P) in an aluminum alloy to 2 PPM or less.

日本鋳造工学会誌鋳造工学 Vol. 90 No. 1 平成30年1月技術報告 Al-7%Si合金の共晶Si相の微細化機構の検討森中真行、豊田充潤Journal of Nippon Casting Engineering Society Casting Engineering Vol. 90 No. 1 January 2018 Technical Report Examination of eutectic Si phase miniaturization mechanism of Al-7% Si alloy Masayuki Morinaka, Mitsujun Toyoda 日本鋳造工学会誌鋳造工学 Vol. 88 No. 6 平成28年6月アルミニウム合金溶湯の脱リン技術の開発森中真行、豊田充潤Journal of Nippon Casting Engineering Society Casting Engineering Vol. 88 No. 6 June 2016 Development of dephosphorization technology for molten aluminum alloy Masayuki Morinaka, Mitsuru Toyoda 日本鋳造工学会誌鋳造工学 Vol. 86 No. 9 平成26年9月 Al-7%Si合金のポロシティ生成に及ぼすPの影響森中真行、豊田充潤Journal of Nippon Casting Engineering Society Casting Engineering Vol. 86 No. 9 September 2014 Effect of P on porosity formation of Al-7% Si alloy Masayuki Morinaka, Mitsuru Toyoda

特開２０１６−０９８４３３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-098433 特開２００３−１３０８２８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-130828 特開２００２−０６０８８２号公報JP-A-2002-060882

解決しようとする問題点は、アルミニウム合金中のリン（Ｐ）の量を３ＰＰＭ(百万分率 1ppm = 0.0001%)以下に低下させられる方法がない点である。そこで、本願では、アルミニウム合金中のリン（Ｐ）の量を２ＰＰＭ以下に低下できる脱リン方法を提供することを課題とするものである。 The problem to be solved is that there is no way to reduce the amount of phosphorus (P) in the aluminum alloy to 3 PPM (parts per million 1 ppm = 0.0001%) or less. Therefore, it is an object of the present application to provide a dephosphorization method capable of reducing the amount of phosphorus (P) in an aluminum alloy to 2 PPM or less.

本発明は、アルミニウム合金溶湯中のシリコン(Si)量を１３〜２０％に増加させた後に、凝固させて鋳塊を得ることと、その鋳塊を溶解炉内に設置した傾斜版または網の上で溶融させながら共晶融液を流下または滴下させることを最も主要な特徴とする。 In the present invention, the amount of silicon (Si) in the molten aluminum alloy is increased to 13 to 20% and then solidified to obtain an ingot, and the ingot is placed in a melting furnace for an inclined plate or a net. The most important feature is to allow the eutectic melt to flow down or drop while melting above.

図１は、傾斜版を利用して脱リンを行う態様を示した図である。(実施例1)FIG. 1 is a diagram showing a mode in which dephosphorization is performed using an inclined plate. (Example 1) 図２は、網を利用して脱リンを行う態様を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a mode in which dephosphorization is performed using a net.

アルミニウム合金中のＰ量を２ＰＰＭ以下に脱リンするという目的を，アルミニウム合金溶湯中のシリコン(Si)量を１３〜２０％に増加させた後に凝固させて鋳塊を得ることと、その鋳塊を溶解炉内に設置した傾斜版または網の上で溶融させながら共晶融液を流下または滴下させることにより達成した。 The purpose of dephosphorizing the amount of P in the aluminum alloy to 2 PPM or less is to increase the amount of silicon (Si) in the molten aluminum alloy to 13 to 20% and then solidify it to obtain an ingot, and to obtain an ingot. Was achieved by flowing or dropping the eutectic melt while melting on an inclined plate or net installed in a melting furnace.

JIS規格における多くの鋳造用Ａｌ−Ｓｉ合金には、５〜１２％程度のＳｉが含まれている。しかしながら本発明では、先ず、これらの合金にＳｉ量が１３〜２０％になるようにＳｉを添加した。Ｓｉ量を１３〜２０％に増加させた合金は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金と呼ばれる。過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金は、凝固時に高い温度で初晶Ｓｉと呼ばれる結晶を晶出するという特徴がある。この初晶Ｓｉは溶湯中に存在する５乃至２０ＰＰＭ程度のリン化アルミニウム（Ａｌ
Ｐ）により核生成されたものである。この不均質核生成と呼ばれる現象は、溶湯中に存在するすべてのＡｌＰに生じる。
その結果、すべての初晶Ｓｉの結晶の中心部にはＡｌＰが存在している。つまり、溶湯中のすべてのＰは、初晶Ｓｉの結晶内にＡｌＰとして取り込まれたことになる。
他方、初晶Ｓｉ以外の部分は共晶と呼ばれる。共晶は初晶Ｓｉよりも低い温度で凝固する。このような２段階の凝固を行うことにより固体の鋳塊が得られる。 Many casting Al-Si alloys according to JIS standards contain about 5 to 12% Si. However, in the present invention, first, Si was added to these alloys so that the amount of Si was 13 to 20%. An alloy in which the amount of Si is increased to 13 to 20% is called a hypereutectic Al—Si alloy. The hypereutectic Al—Si alloy is characterized in that crystals called primary crystals are crystallized at a high temperature during solidification. This primary crystal Si is aluminum phosphide (Al) of about 5 to 20 PPM present in the molten metal.
It was nucleated by P). This phenomenon called heterogeneous nucleation occurs in all AlPs present in the molten metal.
As a result, AlP is present in the center of all primary Si crystals. That is, all P in the molten metal is incorporated as AlP in the crystal of primary crystal Si.
On the other hand, the portion other than the primary crystal Si is called eutectic. The eutectic solidifies at a lower temperature than the primary Si. By performing such two-step solidification, a solid ingot can be obtained.

次に、この鋳塊を溶解炉内に設置したルツボに入れて７５０℃で溶解した場合、最初に共晶と呼ばれる融点の低い結晶が溶融し始める。溶融を開始する温度は、例えばＡｌ−１７％Ｓｉ合金であれば５７７℃である。この時、共晶融液内に散在する初晶Ｓｉは、その融点が６４０℃と高いことから、まだ溶融せずに固体のままである。しかしながら、そのままルツボ内で保持しておくと、次に初晶Ｓｉも溶融することにより、すべてが液体になる。 Next, when this ingot is placed in a crucible installed in a melting furnace and melted at 750 ° C., crystals having a low melting point called eutectic first begin to melt. The temperature at which melting is started is, for example, 577 ° C. in the case of an Al-17% Si alloy. At this time, the primary crystal Si scattered in the eutectic melt has a high melting point of 640 ° C., so that it is not yet melted and remains a solid. However, if it is kept in the crucible as it is, the primary crystal Si is also melted next, so that everything becomes a liquid.

これに対して、本発明では、鋳塊を傾斜版または網の上で溶解した。そのため、先ずは融点が低いことから溶融した共晶だけが傾斜版に沿って流下、または網の隙間から滴下する。それらの共晶融液をルツボなどに溜めることが、本発明による脱リン方法である。この滴下した共晶融液にはＰが全く含まれていない。何故なら、ＰはすべてＡｌＰとなって、まだ溶融していない初晶Ｓｉの中心部に存在しているからである。他方、傾斜版または網の上に残留した初晶Ｓｉは、溶解炉内の温度が７５０℃であるにも関わらず溶融しない。これは共晶部分が流下または滴下したことから、Ｓｉの結晶だけが残存したためである。すると、Ｓｉの融点が１４１４℃と高いことから、溶融せずに残存したのである。 In contrast, in the present invention, the ingot was melted on a slab or net. Therefore, first of all, since the melting point is low, only the molten eutectic flows down along the inclined plate or drops from the gap of the net. Accumulation of these eutectic melts in a crucible or the like is the dephosphorization method according to the present invention. The dropped eutectic melt does not contain any P. This is because all P becomes AlP and exists in the center of the primary crystal Si which has not been melted yet. On the other hand, the primary crystal Si remaining on the inclined plate or the net does not melt even though the temperature in the melting furnace is 750 ° C. This is because only the Si crystal remained because the eutectic portion flowed down or dropped. Then, since the melting point of Si was as high as 1414 ° C., it remained without melting.

以下、図面を用いて本発明に係るアルミニウム合金の脱リン方法の具体的な形態について説明する。図１は傾斜版を使用した場合の態様を示している。また、図２は網を使用した場合の態様を示している。
先ず、市販のＪＩＳ規格のＡＣ３Ａ合金インゴットを７５０℃で溶解した。その溶湯にＡｌ−２５％Ｓｉ母合金を添加して、Ｓｉ量が１７％になるようにした。その溶湯をインゴットケースに注湯することにより鋳塊を作製した。次に、図１に示した傾斜版を使用した場合の例を述べる。７５０℃にセットした溶解炉（１）内に、ルツボ（２）を設置するとともに、その上部に傾斜版（３）を設置した。そして、傾斜版（３）の上に前記の鋳塊（４）を設置した。2時間後に溶解炉を開けたところ、ルツボ内に滴下した共晶融液が溜まっていた。その融液の分析を行なったところＰ量は１ＰＰＭ以下であった。また、Ｓｉ量は１２．６％であった。 Hereinafter, a specific embodiment of the method for removing phosphorus from an aluminum alloy according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an aspect when an inclined plate is used. Further, FIG. 2 shows an aspect when a net is used.
First, a commercially available JIS standard AC3A alloy ingot was melted at 750 ° C. An Al-25% Si mother alloy was added to the molten metal so that the amount of Si was 17%. An ingot was prepared by pouring the molten metal into an ingot case. Next, an example in the case of using the inclined plate shown in FIG. 1 will be described. A crucible (2) was installed in a melting furnace (1) set at 750 ° C., and an inclined plate (3) was installed above the crucible. Then, the ingot (4) was installed on the inclined plate (3). When the melting furnace was opened 2 hours later, the eutectic melt dropped in the crucible was accumulated. When the melt was analyzed, the amount of P was 1 PPM or less. The amount of Si was 12.6%.

本発明に係る脱リン方法は、Ｐ量が極めて少ないという利点がある。このため、産業上の利用の可能性を有する。 The dephosphorization method according to the present invention has an advantage that the amount of P is extremely small. Therefore, it has the possibility of industrial use.

１溶解炉
２ルツボ
３傾斜版
４鋳塊
５共晶溶湯
６網 1 Melting furnace 2 Crucible 3 Inclined plate 4 Ingot 5 Eutectic molten metal 6 Net

Claims

After increasing the amount of silicon (Si) in the molten aluminum alloy to 13 to 20%, it is solidified to obtain an ingot, and the ingot is melted on an inclined plate or net installed in a melting furnace. A dephosphorization method characterized by flowing or dropping a eutectic melt while flowing.