[發明專利]含硼化物的鋁合金錳添加劑

有效

• 申請號: 200810034831.5
• 申請日: 2008-03-20
• 公開（公告）號: CN101255514A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 疏達;高建衛;葛維燕;孫寶德;王俊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/06
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種金屬材料技術領域的添加劑，具體地說，是一種含硼化物的鋁合金錳添加劑。

背景技術

隨著全球對能源和環保要求的不斷提高，再生鋁合金在我國鋁工業生產中占有愈來愈重要的地位，因為重新熔鑄廢鋁需要的能源要遠低于原鋁的煉制過程。但廢鋁來源廣泛，分選困難，雜質種類通常很多，且含量普遍較高，這是再生鋁生產面臨的一個主要困難，降低其中的雜質含量到允許的范圍內是目前研究的主要方向。鐵是其中最普遍的雜質元素，且對合金的性能危害最大。由于鐵在鋁中的固溶度很小(0.05wt.％)，因此一般與Al、Si等元素一起形成富鐵相，這些富鐵相尤其是針片狀的硬脆β-Al₅FeSi相與基體有不同的膨脹系數和楊氏模量，容易形成應力源，從而影響到合金的力學性能(塑性、韌性、疲勞強度)。

目前，用于消除鐵相危害的方法主要是通過加入合金元素(Mn、Cr等)將凝固組織中的針狀富鐵相的形態改變為危害較小的塊狀相，或者在熔體中加入合金元素形成初生富鐵相后通過過濾或電磁分離的方式降低鐵的含量，工業上常用的是添加Mn元素。然而，由于金屬錳的熔點很高(1244℃)，正常的鋁合金熔鑄溫度只有710-750℃，因此，如何將高熔點的Mn經濟有效地加入到鋁液中是一個關鍵的問題。傳統的方法是在高溫下將Mn與Al制成中間合金，破碎后加入到鋁液中，該方法在制成中間合金和破碎的過程中會消耗大量的能源，制得的中間合金Mn含量不高，一般為10wt.％，且Mn在Al中極易偏析造成中間合金成分不均勻。現在開發的錳添加劑一般是采用單質錳粉和少量助劑制成的，一般含有70wt.％左右的錳。該種錳劑吸收率取決于錳粉的顆粒分布和大小。錳粉直徑越細，粒度越均勻，且表面無氧化，吸收率才會提高。因此，生產錳粉是一個復雜、高耗能的工藝過程，吸收率大于95％的錳劑需要用磨篩機在氬氣保護條件下制備錳粉。且添加Al-Mn合金或是錳劑都會導致爐溫下降，這對熔煉都是不利的。

經對現有技術的文獻檢索發現，文獻《新型高效速熔錳添加劑應用前景》(劉亮，劉國凡.中國錳業，2004，22(2)：13-16)中介紹了開發新型錳添加劑對鋁工業和鋼鐵工業的重要性，熔化速度、吸收率、成本、環保等是錳劑發展的重要方向。該文中開發的新型錳劑采用了純Mn(≥99.5％)制備的錳粉，考察了錳粉粒徑對實收率的影響，發現粒徑略大的錳粉實收率大、熔化慢而粒徑略小的錳粉實收率小、熔化快的矛盾。因此對錳粉粒徑的控制是一個很困難的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種簡便有效的含硼化物的鋁合金錳添加劑。本發明能夠強烈迅速地在鋁熔體中反應，還原出Mn，實收率高，反應是放熱反應，不會引起爐溫的降低。而且比通常的錳劑更快、更容易生成初生富鐵相，同時降低了Mn的加入比例，減小了Mn的殘留，而且該添加劑使用方便、操作工藝簡單、成本低廉。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明添加劑的化學組成在鋁熔體覆蓋劑的基礎上做了調整，并加入了硼化物來緩解氯化錳揮發，其組分質量百分含量范圍為：10-25％氯化鈉(NaCl)、10-25％氯化鉀(KCl)、1-10％氟鋁酸鈉(Na₃AlF₆)、1-10％硼酸鈉(Na₂B₄O₇)、30-75％氯化錳(MnCl₂)。本添加劑只需加入鋁合金熔體后保溫5-30分鐘即可顯著提高Mn含量。

進一步的，本發明上述組分的質量百分含量的優選范圍為：15％-20％氯化鈉、15％-20％氯化鉀、4％-8％氟鋁酸鈉、3％-7％硼酸鈉、40％-60％氯化錳。

本發明上述的添加劑，其生產方法為：先將各種原材料分別放入不銹鋼容器中，然后將容器放入烘箱，升溫到150℃-200℃，保溫2小時-3小時后，將料取出待用。按熔劑配方準確稱取各個成分，用球磨機在300轉/分的速度下，球磨1小時2小時，隨后，將其密封包裝。添加劑在使用前，在150℃200℃烘干1小時2小時。

使用時，當鋁或鋁合金在熔煉爐內熔化并保溫一段時間后，通過噴粉機將錳添加劑隨氣體(N₂或Ar)噴射入熔體內，并使得錳添加劑在整個熔池內充分混合，鋁液在添加劑加入后5-30分鐘即可進行后續的除鐵工序，如過濾、電磁分離。