[發明專利]一種再生鋁中富鐵相的變質劑及變質方法

有效

• 申請號: 201610924812.4
• 申請日: 2016-10-24
• 公開（公告）號: CN106319275B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 宋東福;王順成;黃正華;周楠;鄭開宏;李繼林;徐靜
• 申請（專利權）人: 廣東省材料與加工研究所
• 主分類號: C22C1/06
• 分類號: C22C1/06;C22C21/00
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所44216
• 代理人: 劉卉

技術領域

本發明涉及一種鋁合金中鐵元素的變質劑及變質方法，具體是涉及一種再生鋁中富鐵相的變質劑及變質方法。

背景技術

Fe元素是再生鋁中最為常見的雜質元素，在鋁熔體中具有較高的溶解度，700℃、800℃時最大溶解度可高達2.5%和5.0%，但在室溫下的固溶度很低，僅為0.05wt.%，其余鐵相均以第二相的形式存在，通常稱為富鐵相。根據富鐵相形態，大致可以分為兩類，即α-Fe相和β-Fe相。其中β-Fe相主要以狹長針狀形態分布在晶界中，受力時嚴重割裂基體，塑性急劇下降，同時影響鑄錠品質及后續加工性能，極大制約了廢鋁的再生利用和鋁資源的可持續發展。而α-Fe相呈漢字狀、樹枝等形態，割裂基體效應大幅減弱，改善合金延伸率，常作為基體的高溫相和強化相，提高合金性能。

目前，國內外學者主要通過除鐵或改變富鐵相的形態來減緩其對再生鋁合金性能的影響。其中改變富鐵相形態不僅具有工藝簡單、易操作、成本較低等優點，而且可將有害的雜質元素變成有益元素，實現雜質元素的綜合利用，應用前景廣泛。目前，常用于改善富鐵相形態的方法有添加合金元素法，如Mn、Cr、Be、Co、Sr、Sc等元素；熔體處理法，如熔體保溫、超聲、電磁、機械振動等處理；改變冷卻速度和后續熱處理法。其中加Mn類元素，如Mn、Cr、Co等可抑制β-Fe相的形成，促使β-Fe相向α-Fe相轉變，最為簡單有效。但Mn的添加量通常要超過Fe含量的1.1倍，否則無法完全消除針狀鐵相，而此時容易形成粗大、致密的高熔點初生富鐵相，同時較大幅度增加富鐵相的體積分數，影響鋁合金性能。

公開號為CN101899634A、名稱為一種消除鋁合金中針片狀富Fe相的方法，公開了一種施加超聲振動和添加合金元素Mn 相結合消除針狀富Fe 相的方法。首先按Mn/Fe＝0.2～0.4 加入合金元素Mn，隨后將過熱鋁合金液澆入到預設的盛漿容器內，啟動超聲振動0.2～8min，振動結束后。振動后的金屬熔體成形得到的鋁合金零件組織中富Fe相呈細小塊狀和顆粒狀，合金的高溫力學性能大幅提高，塑性韌性增強。

公開號為CN104278166A、名稱為一種降低鋁硅合金中鐵相有害影響的方法，公開了一種熔體處理方法降低富鐵相的危害。其過程為：將一部分含鐵的過共晶鋁-硅合金加熱至過熱狀態，保溫10min～30min后加入經預熱剩余含鐵的過共晶鋁-硅合金，攪拌激冷、精煉、靜置后澆注。經過該法所獲合金中的針狀鐵相基本消失，拉伸強度和延伸率均有一定程度的提高。

上述CN101899634A涉及添加合金元素和超聲振動技術相結合消除針片狀鐵相的方法，但該法需先將合金化后的鋁熔體倒入預制的制漿容器中，并在制漿容器中實施超聲振動，制漿容器需要加設加熱和保溫裝置，工藝流程較為復雜，能耗、熔損較大。CN104278166A通過在過熱熔體中加入固態合金，并輔以攪拌，從而達到激冷的效應，改善富鐵相形態的目的，但現有研究結果表明過熱劑攪拌激冷等措施僅能細化富鐵相顆粒，無法達到消除針狀鐵相目的，性能改善較為有限，同時該法適用于小批量和實驗室試驗，不適于大規模工業化生產。因此，開發一種工藝簡單、成本低廉的再生鋁中雜質鐵的變質劑和變質方法十分必要。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種低成本、易操作，能夠改善富鐵相形態，消除針片狀富鐵相，提高合金的抗拉強度和延伸率的再生鋁中富鐵相的變質劑及變質方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明所述的再生鋁中富鐵相的變質劑，其特點是：主要由[Mn]劑和[B]劑組成，所述[Mn]劑為Al-Mn中間合金或由Al-Mn中間合金與Al-Cr中間合金、Al-Co中間合金中的一種或兩種組成，所述[B]劑為Al-B中間合金或KBF₄或Al-B中間合金與KBF₄的混合物。

其中，所述Al-Mn中間合金中Mn的含量為10～40%。所述Al-Cr中間合金中Cr的含量為10～40%。所述Al-Co中間合金中Co的含量為10～40%。所述Al-B中間合金中B的含量為1～5%。

本發明所述的再生鋁中富鐵相的變質方法，其特點是包括以下步驟：

（1）將60～70%再生鋁加熱至400℃后保溫10～30分鐘，再升溫至760～800℃；

（2）加入250℃的Mn/Fe原子比為0.3～0.65的[Mn]劑，緩慢攪拌；

（3）待[Mn]劑熔化后，加入剩余的30～40%再生鋁，促使熔體溫度降至710～720℃；