[發明專利]含鋰的合金材料制造方法

無效

• 申請號: 200910146308.6
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN101928845A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 葉明堂;戴云城;傅榮順;陳詩薇
• 申請（專利權）人: 安立材料科技股份有限公司
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;B22D1/00;C22C21/00;C22C23/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;祁建國

技術領域

本發明涉及一種合金材料，尤其涉及一種含鋰的合金材料的制造方法。

背景技術

鋰材是密度最低的金屬(鋰的密度為0.534克/立方公分(g/cm³))，使其合金的密度相對的降低，因而是輕量化結構元件在制作設計時的極佳侯選材料。然而，鋰是非常活潑的元素，熔點又低(鋰的熔點為攝氏溫度180.54度(℃))，當受熱時極易氧化和揮發，惟鋰合金中所添加的合金元素的熔點，相對于鋰高出甚多，故造成鋰合金的熔煉異常的困難。

鋰合金的傳統熔煉法是采用真空感應熔煉(Vacuum?Induction?Melting，VIM)技術，概分成順向加料法和逆向加料法兩種技術。其中，順向加料法熔煉技術的步驟為：(1-1)將感應爐抽高真空(10^-1至10^-5Pa(帕))，借以清潔感應爐內的腔體；(1-2)將鋰塊置入坩堝內，并將此坩堝放置于感應爐腔體內，以小功率感應加熱，并持續抽真空以充分排除腔體內的氣體；(1-3)于腔體內注入氬氣，并開始提高加熱功率，使鋰塊于高溫下熔化，此一高溫達到可將其它合金素材熔合的溫度，例如，鈦、鋁、錳及鎂等金屬的熔點溫度；(1-4)接著陸續加入合金素材于熔化狀態的鋰材中進行熔合反應，以形成鋰合金湯。由于合金素材的比重大于鋰材，因此，使合金素材直接地下沉到坩堝底部，此時，附著于合金素材表面上的水氣、油漬等雜質，將一并地進入熔化狀態的鋰材中，使熔化狀態的鋰材中存在氧、氫或碳等污染物，進而導致鋰氧化物、鋰碳化物等化合物在鋰合金湯中形成。

這里要特別強調的是，這些鋰氧化物或鋰碳化物的比重與鋰合金湯的比重相當，并且混合于鋰合金湯中，因此，無法以重力法將鋰氧化物及鋰碳化物從鋰合金湯中分離出來，并且，當氫固溶在含鋰的合金湯時其活性將更加的安定，故鋰合金湯一旦受到污染時，將極難將這些污染物排除干凈；(1-5)欲使沉入坩堝底部的合金素材和熔化狀態的鋰完全熔合，只有靠再提升功率拉高溫度和延長時間，但是，此種方法不但使鋰揮發更多，并使熔化狀態的鋰材又吸取更多的污染物，而導致成份失控失敗；(1-6)待鋰合金湯完全熔合后(實際上未熔固塊沉在堝底是甚難察覺到的)，稍作靜置再倒入鑄模中成錠，而完成鋰合金的制作。

至于逆向加料法的熔煉技術步驟如下：(2-1)感應爐仍先抽高真空以盡可能清凈腔體；(2-2)持續抽真空，坩堝內放入高熔點合金素材，先小功率而大功率加熱使之熔解，且維持在相當高溫，直到合金素材完全湯化；(2-3)注入氬氣再將鋰材置入坩堝內，鋰材受高熱熔解而飄浮在最上層，是為最易受到污染的地方，然而，因合金素材與鋰材比重相差極為懸殊(密度比約3～20倍)，必須耗用更長的時間熔合，根本上也無法避免因熔制時間過長、過熱所致的污染和成份揮發問題而面臨失敗；(2-4)待鋰合金湯完全熔合后，稍作靜置再倒入鑄模中成錠。

綜上所述，在現有的鋰合金熔煉技術中，真空感應熔煉技術由于必需先將鋰材加熱至合金素材的熔解溫度，并長時間的維持在此一溫度以確保于稍候所加入的合金素材完全熔解。由于鋰材與合金素材之間的熔點差異極大，因此，使鋰材在此高溫環境下揮發，造成鋰合金中的鋰材含量無法有效的掌控與鋰材的浪費。并且，此現有技術是將合金素材直接加入于熔化狀態的鋰材中，容易使熔化狀態的鋰材受到合金素材表面所附著的雜質所污染，因此，存在鋰合金湯中具有污染物，進而導致成份失控使鋰合金制作失敗的問題。

此外，在逆向加料法熔煉技術中，由于鋰材與合金素材之間的比重差異極大，因此，當鋰材加入于合金湯時，熔化后的鋰材將飄浮于合金湯的最上層，由于鋰材無法受到合金湯的包覆而露出于合金湯表面，因此，使鋰材受到污染的風險程度增加。并且，由于鋰材無法沉降至合金湯中，使鋰材與合金湯之間無法于短時間內完全的混合均勻，而必須拉長兩者之間的熔合時間才能得到混合均勻的鋰合金。

因此，現有的鋰合金熔煉技術都無法避免因長時間過熱所衍生的污染和成份失控等因素，使整個工藝充滿變量，導致鋰合金的質量無法有效提升。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種含鋰的合金材料制造方法，借以克服現有鋰合金熔煉技術中因長時間過熱所衍生的污染和成份失控的缺陷。