[發(fā)明專利]一種鋁合金用的鋁鈧鋯中間合金及其生產方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610341298.1
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN105821260B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發(fā)明（設計）人: 陳衛(wèi)平;陳青松;錢曉泰;王曉平;胡雙
• 申請（專利權）人: 湖南東方鈧業(yè)股份有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03;C22C1/02
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發(fā)明涉及一種鋁合金用的鋁鈧鋯中間合金及其生產方法，屬于鋁合金材料制造領域。

背景技術

鋁合金鑄造中為引入其他金屬材料，常用的加入方式為中間合金，如Al-10RE，該中間合金采用對摻法生產，產品中存在許多高熔點的化合物，使用過程中容易造成成分不均勻。稀土在鋁合金中的加入量0.2-0.6％，同樣Zr在0.01-0.2％，Ti在0.005-0.1之間，過多則有害。但稀土金屬活潑，容易燒損，存在效果時有時無的問題，不穩(wěn)定，其效果同加入方式、工藝控制有極大的關系。

眾所周知，Sc是一種最好Al合金變質元素，在輕質高強度鋁合金7075中，加入鈧可大幅度改善合金抗拉強度，焊接，耐蝕性能。由于鈧的價格高，大量的使用導致成本上升。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題是，降低鋁合金制造工藝中鈧的使用，尋找一種可以部分代替鈧的變質元素以形成中間合金。

本發(fā)明的技術方案是，提供一種鋁合金用的鋁鈧鋯中間合金，所述鋁鈧鋯中間合金含2wt％的Sc和1-2wt％的Zr，余量為Al。

進一步地，本發(fā)明提供一種所述鋁鈧鋯中間合金的生產方法，包括以下步驟：

將質量比為1：(0.1-0.3)的純鋁和復合變質劑放入爐中加熱至熔化，然后在850-900℃下保溫20-60分鐘；倒出浮渣，金屬液冷卻得到鋁鈧鋯中間合金；

所述復合變質劑中各成分的質量組成為：10-17％Sc₂O₃、5-15％ZrO₂、4-8％NaF、25-36％KCl、37-45％NH₄F、2-7％CaCl₂。

進一步地，所述純鋁為純度大于99.8％的鋁。

由于鈧價格高，加入鈧的同時，加入鋯，用Zr替代部分Sc。研究發(fā)現在加入Sc的同時，加入Zr其綜合性能不低于單獨加鈧，同時可降低鈧的加量，降低成本，有利于產業(yè)商業(yè)化。研究表明鋯替代鈧30-50％，效果最好，過多的鋯，會形成粗大的Al₃Zr相，降低鋯效果。在鋁合金材料中添加鈧鋯的含量分別不超過0.3％，如果總元素含量超過元素添加上限，則會形成粗大的初生Al₃(ScZr)相，降低了強化效果。在鋁合金中加入鈧鋯，可形成Al₃(ScZr)粒子，該粒子成為形核質點，細化晶粒，并且抑制回復再結晶發(fā)生，強化合金。Al₃(ScZr)為球殼結構，球核富鈧，外層富鋯，相比鈧原子，鋯原子具有更低的擴散系數，因此，Al₃(ScZr)粒子比Al₃Sc粒子更穩(wěn)定。在AlZnMgCu高強度合金中，在高強輕量化的要求下，加入0.2％的Sc、0.1％Zr即可將抗拉強度從500Mpa提升到700Mpa。再結晶升溫T從400℃上升至550℃。材料保持好的高溫強度，鋁替代鋼成為可能。該合金材料在航空航天、高速列車、汽車等領域得到廣泛應用。這些材料合金都采用Sc且添加Zr，構成ScZr合金復合強化。加入AlScZr合金與單獨加入Al-2Sc和Al-10Zr相比，可減少成分的不均勻性，并有利于減少生產成本。本發(fā)明生產的Al-2Sc-(1-2)Zr合金具有如下特點，

由于采用(ScZr)₂O₃混合物，從氧氯化鋯生產的酸液提取的氧化鈧，不用分離其中的雜質鋯，原料不需要高純Sc₂O₃。而現有AlSc生產采用高純氧化鈧，AlZr生產采用的是K₂ZrF6，存在價格高的缺陷。

生產方法采用熔鹽先預反應，做成復合添加劑，再通過鋁還原(ScZr)F₃，生產Al-2Sc-(1-2)Zr合金。ScZr在鋁合金中的溶解度小，含量高時，容易造成偏聚，本發(fā)明由于采用水冷模加速凝固，生成的Al₃(Sc+Zr)相細小、均勻。在鋁合金中添加強化效果更好，克服了其它未快速凝固生產Al-2Sc、Al-10Zr的產品晶粒粗大，錠子成分不均勻性、效果差異大缺點。