[發明專利]一種鋁鋯合金及其粉末冶金成型方法

有效

• 申請號: 201610746459.5
• 申請日: 2016-08-29
• 公開（公告）號: CN106119617B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 謝石華
• 申請（專利權）人: 江蘇華企鋁業科技股份有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/04;B22F9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鋁合金成型領域，尤其涉及鋁鋯合金及其粉末冶金成型方法。

背景技術

在工業生產中，微量的鋯添加運用于超輕的鋁鋰合金以及Al-Zn-Mg-Cu 高強度鋁合金中，其作用 ：一是細化鑄態晶粒，二是鑄錠均勻化處理時形成均勻彌散的 Al₃Zr，抑制變形加工再結晶行為，控制晶粒大小和形狀；同時，還可提高 Al-Zn-Mg-Cu 合金的淬透性、可焊性、斷裂韌性、抗應力腐蝕性能等綜合性能。在鋁合金中鋯的添加量為0.1％～0.3％，在鋁合金制造過程中，將含鋯 3％～4％ 的鋁鋯中間合金鑄塊加入鋁熔體。由于鋁鋯中間合金熔點達950℃～1050℃，不易溶解，因此對熔煉鑄造過程工藝參數要求嚴格，否則極易在鋁合金熔體中形成含鋯化合物偏析聚集區，進而導致在鋁鋰合金中出現含鋯化合物偏析。經長期跟蹤檢測表明，含鋯化合物偏析除與鑄造工藝不適當外，還與鋁鋯中間合金質量，即大尺寸 Al₃Zr 化合物以及該化合物聚集等組織缺陷有關。傳統的鋁鋯中間合金制作方法中，由于制作過程熔化爐加熱溫度高，時間長，吸氣嚴重，且澆注過程冷卻強度小，鑄塊組織中難免會形成疏松縮孔、夾渣、大量的大尺寸 Al₃Zr 化合物及其化合物聚集等組織缺陷。當這種伴有組織缺陷的鋁鋯中間合金鑄塊直接加入鋁 合金熔體中后，不適當的鑄造工藝往往容易導致鋁鋯中間合金中大尺寸 Al₃Zr 化合物及其化合物溶解不充分，隨即形成“膠狀粒子”直接遺傳至被添加鋁合金材料中，由于該類化合物偏聚區不確定性和不易探傷檢測等，嚴重影響被添加鋁合金材料的使用性能。

在國內已申請的相關專利中，專利《一種鋁鋯中間合金及制備方法》（申請號：201010585739.5，公開日：2011-03-30）公開了一種鋁鋯中間合金生產工藝，但在其生產過程中，由于沒有真空環境，除氣、除雜質不充分；由于沒有對熔煉的坩堝材料進行限制，可能采用常規的鑄鐵坩堝，這樣會導致雜質鐵的含量難以控制，由于沒有采用電磁攪拌和粉末化工藝，其原始晶粒不夠細化，這就導致最終成品的鋁鋯合金在作為晶粒細化劑時能提供的形核數量少、分布不均勻、長成的晶粒尺寸大且不均勻，同時，由于沒有采用粉末冶金的方式，無法采用鋯過飽合的配比（過飽合的話極易偏析，會導致中間合金錠成分不均勻，應用時稱量不準確），因此鋯含量低，即產品的效率較低；另一方面，該發明采用的方法與常規方法比，仍會產生難以處理的廢氣、廢渣，且由于沒有采用高效設備，整個工藝過程不易控制、最終制成的鋁鋯合金質量不穩定。

發明內容

針對現有技術中存在的上述缺陷，本發明旨在提供一種雜質含量低、晶粒細、成份均勻、鋯含量高的鋁鋯合金及純凈度高、無污染物、無廢氣、易于控制、質量穩定、成品率高的冶金方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種鋁鋯合金粉末冶

金成型方法，包括以下步驟：

1）原材料、輔材、工裝及設備的準備

①按如下重量份準備原材料：純度不低于99 .95%的鋁錠70份-75份、氟鋯酸鉀77.9-93.4份；

②準備如下輔材：氣體霧化用高純氬氣；

③準備如下工裝：銅制坩堝，該坩堝內設置有循環水通道；霧化工裝，該工裝采用陶瓷材料制作；石墨坩堝，該石墨坩堝為下出口坩堝，下出口處設置有出口閥；模具，該模具采用不銹鋼制作；

④準備如下設備：氣體霧化設備；真空熱等靜壓爐；真空感應熔煉爐，該真空感應熔煉爐內設置有電磁攪拌裝置；

⑤上述所有工裝及除真空感應熔煉爐之外的設備均設置在真空感應熔煉爐的爐腔內；

2）合金的真空感應熔煉

①將1）中步驟①準備的原材料放入石墨坩堝，獲得熔池；

②將設置在石墨坩堝周圍的感應裝置與電源接通，待熔池內的原材料熔化后，開啟電磁攪拌裝置進行除氣與均勻化處理，熔池內溫度保持為780℃-800℃，保溫35min-45min，獲得熔煉完成的母合金液；

3）母合金粉末的制備

①將1）中步驟②準備的氣體霧化用高純氬氣氣源與1）中步驟④準備的氣體霧化設備連接；將1）中步驟③準備的霧化工裝安裝在氣體霧化設備噴氣口；將1）中步驟③準備的銅制坩堝固定在與霧化工裝出口處氣流對應區域，并在銅制坩堝內通入循環水；

②開啟氣源開關、開啟氣體霧化設備，保持氣壓5MPa-6MPa；