[發(fā)明專利]羰合物Ni(CO)4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: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN103060641A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）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: C22C21/16
• 分類號: C22C21/16;C22C1/02;C22C1/06
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務(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，特別涉及一種羰合物Ni(CO)₄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械性能和化學(xué)穩(wěn)定性指標，有時甚至是顛覆性的。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，再在鋁合金熔煉時把中間合金加入熔體中。

這一過程產(chǎn)生了兩個于節(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“熔煉-鑄造”環(huán)節(jié)，而中間合金中大量的鋁只起到儲存變質(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，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，高熔點元素、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，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)都是怎么加進去就怎么存在，變質(zhì)作用因而大打折扣。

在實際生產(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)劑加入的比例波動范圍大，不容易精確掌握添加量，同時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)機理存在的缺陷，以羰合物Ni(CO)₄分子晶體細粉作為高效變質(zhì)劑，以流態(tài)化方式隨保護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Ni，同時產(chǎn)生CO-自由基，可吸收和去除熔體中H和O等有害雜質(zhì)元素，達到高效、均勻變質(zhì)和凈化熔體的目的，實現(xiàn)基體和金屬化合物相的晶粒細化；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，一種羰合物Ni(CO)₄變質(zhì)的高性能鋁合金材料，按重量百分比計，該合金成分為Cu：3.2～4.2％，Mn：0.3～0.7％，Mg：1.0～2.2％，Ni：0.06～1.2％，Ti：≤0.12％，Si：≤0.5％，F(xiàn)e：≤1.2％，羰合物Ni(CO)₄變質(zhì)劑為總量的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≤0.05％，合計≤0.15％。

本發(fā)明所述的羰合物Ni(CO)₄變質(zhì)的高性能鋁合金材料，羰合物Ni(CO)₄變質(zhì)劑的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為30～150目。

本發(fā)明所述的羰合物Ni(CO)₄變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：在上述元素比例范圍內(nèi)，選定一組元素和羰合物Ni(CO)₄變質(zhì)劑比例，再根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質(zhì)金屬的質(zhì)量，編制合金生產(chǎn)配料表，并按配料表選足備料；