[發(fā)明專利]一種金屬氫合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2011-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN103060637A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 門三泉;車云;張中可
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司
• 主分類號(hào): C22C21/10
• 分類號(hào): C22C21/10;C22C21/06;C22C21/08;C22C1/06;C22C1/02
• 代理公司: 貴陽中新專利商標(biāo)事務(wù)所 52100
• 代理人: 吳無懼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁合金材料及其制備方法，特別涉及一種金屬氫合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)

變質(zhì)作用能夠極大地提高鋁合金的綜合機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)，有時(shí)甚至是顛覆性的。能夠產(chǎn)生變質(zhì)作用的物質(zhì)稱為變質(zhì)劑。

目前幾乎所有的變質(zhì)劑都集中在一種技術(shù)手段上：以鋁為基體生產(chǎn)含有變質(zhì)元素的中間合金，再在鋁合金熔煉時(shí)把中間合金加入熔體中。

這一過程產(chǎn)生了兩個(gè)于節(jié)能不利的環(huán)節(jié)：①含有高濃度變質(zhì)元素的中間合金的熔鑄環(huán)節(jié)，往往需要很高的溫度(＞1000℃，如Al-Ti-B、Al-RE、Al-Si、Al-Sc、Al-V、Al-Cr、Al-Mn、Al-Co、Al-Ni、Al-W、Al-Zr等)；②鋁合金熔煉時(shí)加入中間合金，“溶解”并“稀釋”變質(zhì)元素，再鑄造。

對鋁合金生產(chǎn)來說，上述過程相當(dāng)于多了一個(gè)“熔煉—鑄造”環(huán)節(jié)，而中間合金中大量的鋁只起到儲(chǔ)存變質(zhì)元素的作用，其所消耗的能量完全是無效的。

在各種鋁中間合金變質(zhì)劑中，最具代表性的是Al-Ti-B線材和鋁-稀土(RE)中間合金。隨著研究的深入，越來越多的元素被發(fā)現(xiàn)具有變質(zhì)作用，也就產(chǎn)生了越來越多的中間合金。對于鋁合金冶煉工廠來說，為了專注于終端合金產(chǎn)品的生產(chǎn)，沒有必要專門投資建中間合金生產(chǎn)線，而寧愿從市場采購中間合金。于是就有了專門生產(chǎn)鋁中間合金的工廠，并形成了規(guī)模產(chǎn)業(yè)，目前全世界鋁中間合金產(chǎn)業(yè)達(dá)到數(shù)十億元。

基于鋁中間合金的理論思維，作為變質(zhì)劑加入的添加劑以下條件所限制：

(1)在高溫下化學(xué)成分不變，在鋁熔體中有足夠的穩(wěn)定性；

(2)添加劑的熔點(diǎn)應(yīng)比鋁的高；

(3)添加劑和鋁的晶格在結(jié)構(gòu)尺寸上應(yīng)相適應(yīng)；

(4)與被處理的熔體原子形成強(qiáng)而有力的吸附鍵。

這些限制條件，好象是專門為高溫金屬元素的鋁中間合金量身定做的，因此限制了“變質(zhì)”概念的內(nèi)涵和外延。

同時(shí)，鋁中間合金變質(zhì)劑中的有效元素很難充分發(fā)揮作用。

盡管中間合金的基體也是鋁，但生產(chǎn)中間合金時(shí)，高熔點(diǎn)元素、難溶解元素與鋁發(fā)生合金化的過程是很難控制的：有效元素的偏析、鋁的燒損量增加和大量雜質(zhì)的混入，都在所難免。對于雜質(zhì)限量要求極為嚴(yán)格的高性能合金生產(chǎn)，往往變質(zhì)劑帶入的雜質(zhì)就足以使化學(xué)成份超過限制范圍；同時(shí)，微觀狀態(tài)下大量聚集的有效變質(zhì)元素仍然處于單質(zhì)結(jié)晶團(tuán)塊狀態(tài)，在熔融鋁的溫度下(＜800℃)根本無法完全溶解和熔化，只有表面極薄的膜層由于與鋁可能產(chǎn)生合金化反應(yīng)而起到部分變質(zhì)作用，其余大量的聚集態(tài)都是怎么加進(jìn)去就怎么存在，變質(zhì)作用因而大打折扣。

在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常出現(xiàn)的問題是變質(zhì)劑的變質(zhì)能力不穩(wěn)定，變質(zhì)劑加入的比例波動(dòng)范圍大，不容易精確掌握添加量，同時(shí)在制造高溫元素的鋁中間合金過程中極容易混入有害元素，對最終產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對目前鋁合金變質(zhì)劑和變質(zhì)機(jī)理存在的缺陷，以金屬氫合物細(xì)粉作為高效變質(zhì)劑，以流態(tài)化方式隨保護(hù)性氣體加入到合金熔體中，通過與鋁合金熔體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或高溫分解而釋放出原子或離子狀態(tài)的變質(zhì)元素M，迅速均勻地?cái)U(kuò)散到鋁熔體中，達(dá)到高效、均勻變質(zhì)和凈化熔體的目的，實(shí)現(xiàn)基體和金屬化合物相的晶粒細(xì)化；并在鋁合金生產(chǎn)中的取代中間合金，減少中間環(huán)節(jié)，節(jié)能降耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，按重量百分比計(jì)，該合金成分為Cu：≤2.0％，Mn：≤0.7％，Mg：1.0～3.0％，Cr：≤0.3％，Zn：3.0～7.0％，Ti：≤0.1％，氫合物MH_n變質(zhì)劑為爐料總量的1ppm～1.0％，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為：單個(gè)≤0.03％，合計(jì)≤0.15％，。

本發(fā)明的一種金屬氫合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料，上述鋁合金組成中：Si、Fe元素含量滿足：Si：0.003～1.0％，F(xiàn)e：0.003～1.0％。

本發(fā)明的一種金屬氫合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料，上述的金屬氫合物MH_n變質(zhì)劑，其中M包括金屬元素Li、Na、K、Al、Rb、Sn、Cu、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Eu、Yb或Zr，MH_n變質(zhì)劑為以上金屬氫化物中的一種以上。

本發(fā)明所述的一種金屬氫合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料，金屬氫合物MH_n變質(zhì)劑的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為20～325目。

本發(fā)明所述的一種金屬氫合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法的制備方法，包括如下步驟：