[發(fā)明專利]鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710043984.1
• 申請日: 2007-07-19
• 公開（公告）號: CN101086042A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 疏達;祝國梁;王俊;孫寶德
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C1/06
• 分類號: C22C1/06;C22C21/00
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的純化方法，具體是涉及一種鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法。

背景技術(shù)

隨著鋁合金應(yīng)用的不斷擴展，對其純凈度的要求越來越高。對于大多數(shù)變形鋁合金而言，硅是其主要的雜質(zhì)元素。由工業(yè)純鋁配置的鋁合金中的雜質(zhì)硅元素主要來自原鋁，而原鋁中的硅主要來源于鋁電解冶煉過程中氧化鋁原料和炭素陽極中含有的SiO₂雜質(zhì)，另外，在鋁合金熔煉過程中與耐火材料的接觸也會造成硅的污染。在由工業(yè)純鋁配置而成的一些鋁合金體系中的雜質(zhì)硅元素與合金元素生成AlFeMnSi、Mg₂Si以及(Fe₂Cr)₃SiAl₁₂等一些硬脆相。這些硬脆相，呈粗大針片狀、漢字狀或塊狀等，與α-Al有著不同的彈性模量、膨脹系數(shù)，在其尖角處易出現(xiàn)應(yīng)力集中，嚴重割裂基體，降低了材料的強度和塑韌性，在受力狀態(tài)下首先產(chǎn)生脆斷，不但成為材料的斷裂源，且加速了材料的破斷過程，顯著降低加工制品的塑性、變形能力、疲勞壽命和斷裂韌性等。目前，工業(yè)上主要通過偏析法或三層液法來生產(chǎn)純度較高的精鋁和高純鋁，該方法不僅能去除原鋁中的硅，也能同時去除其他大部分雜質(zhì)元素，但是生產(chǎn)效率低，產(chǎn)量小，成本高。用價格昂貴的精鋁或高純鋁熔配合金往往是不經(jīng)濟的，而且也沒有必要。

對現(xiàn)有技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，針對鋁合金中主要雜質(zhì)元素硅的去除，還沒有具有明顯降硅效果的方法。東北大學的張磊等，發(fā)表的名稱為：交變磁場分離鋁熔體中Fe、Si的金屬間化合物(《輕金屬》2005(1)：53-56)，通過在800℃下的鋁熔體中加入1.2％的Mn元素把含F(xiàn)e、Si的金屬間化合物從原來的針狀和樹枝狀改變?yōu)橛欣陔姶欧蛛x的塊狀，從而使得Si、Fe元素通過電磁凈化得以部分去除，硅元素含量從原始的0.55％降至0.51％。但是該方法引入了對鋁熔體有害的元素Mn，且對硅元素的去除效率很低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法。該方法使用方便，操作工藝簡單，成本低廉，在去除鋁合金中雜質(zhì)元素硅的同時不會造成合金元素含量的變化或帶來其他有害雜質(zhì)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明通過在鋁合金熔體中加入含鈦物質(zhì)，反應(yīng)生成Ti(Al_1-xSi_x)₃或鈦硅化合物捕獲固溶鋁合金熔體中的硅元素，然后通過凈化工藝去除富硅化合物，實現(xiàn)熔體中硅元素的去除，并使殘留的鈦含量與添加含鈦物質(zhì)前相當。

本發(fā)明步驟如下：

(1)將含鈦物質(zhì)加入至鋁合金熔體中；

(2)在鑄造前通過過濾和/或電磁凈化工藝去除鋁液中的含硅化合物，經(jīng)過精煉的鋁液隨后澆鑄成錠或直接鑄軋成板材，實現(xiàn)鋁液中硅元素的凈化去除。

步驟(1)中，所述的含鈦物質(zhì)，是指：含鈦化合物或鋁鈦中間合金或純鈦顆粒。

所述的含鈦化合物為二氧化鈦、氟鈦酸鉀或它們的混合物。在鋁合金熔體中只需加入其中一種化合物就能達到良好的除硅效果。

所述的含鈦化合物，其加入方式：可以單獨加入鋁合金熔體中，也可以和普通精煉劑混合均勻后一起加入。

所述的含鈦物質(zhì)，其加入量：應(yīng)使得鋁合金熔體中鈦的質(zhì)量百分數(shù)為0.2％-3％。

所述的含鈦物質(zhì)是含鈦化合物時，則以下操作步驟為：鋁合金在熔煉爐或保溫爐內(nèi)熔化并在700℃-800℃保溫，通過噴粉機將烘干脫水后的含鈦化合物或含鈦化合物與普通精煉劑的混合物隨氣體(N₂或Ar)噴射入熔體內(nèi)，并使得其在整個熔池內(nèi)充分混合，鋁液在精煉后保溫30分鐘-90分鐘；

所述的含鈦物質(zhì)是鋁鈦中間合金或純鈦顆粒時，則以下操作步驟為：鋁合金在熔煉爐或保溫爐內(nèi)熔化并在700℃-800℃保溫，加入鋁鈦中間合金或純鈦顆粒，待其熔化后進行攪拌，使得鈦元素在整個熔池內(nèi)分布均勻，鋁液經(jīng)精煉后保溫30分鐘-90分鐘。

步驟(2)中，所述的過濾凈化工藝，具體為：將含有富硅化合物的鋁液通過規(guī)格為15ppi-40ppi的泡沫陶瓷過濾器；

步驟(2)中，所述的電磁凈化工藝，具體為：將含有富硅化合物的鋁液通過孔徑為3mm-20mm的蜂窩狀陶瓷管分離器，并通過螺線管線圈施加頻率10kHz～30kHz、磁感應(yīng)強度0.02T-0.10T的交變磁場。