[發明專利]一種鋁鋰合金用保護熔劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202110700547.2
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113430412B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 唐文浩;張亮;吳國華;張小龍;劉文才
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C1/06
• 分類號: C22C1/06;C22C1/02;C22C21/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種鋁鋰合金用保護熔劑及其制備方法，原料包括如下組分：氟化鋰、氯化鋰、氟化鋁、氟化鉀、六氯乙烷、氯化銨以及氟化銨；將上述物料按照一定配比進行混合制備，應用于鋁鋰合金的熔煉過程中，能良好地隔絕空氣中的氧氣和水蒸氣，同時由于在配方中添加了發泡劑成分，因此在熔煉過程中可以產生保護氣體，使得熔體保護效果由單一的熔劑保護轉變為熔劑?氣體復合保護，有效地減少了燒損，實現了對鋁鋰合金熔體的長時間保護的良好效果，并且還有一定的減少雜質和氣孔的效果。本發明可以彌補現有保護熔劑在保護效果方面的不足，因此能夠有效提升鋁鋰合金質量，最終提升其綜合性能。

技術領域

本發明屬于冶金熔煉領域，具體涉及一種鋁鋰合金用保護熔劑及其制備方法。

背景技術

作為新興的輕質合金，鋁鋰合金可以有效地改進鋁合金的高周疲勞性能以及疲勞裂紋擴展抗力，對拉伸強度也相應有所提高，同時鋁鋰合金在低溫下的溫度-斷裂韌性的綜合性能也大大加強。用鋁鋰合金制造飛機構件可以使得飛機的重量減輕10％-20％，從而節省燃料，降低制造成本，提高飛機的飛行速度和承載能力。因此，鋁鋰合金煥發出了超越鋁合金的強大潛力，受到人們的重視。

但是由于鋰的添加，在熔煉鋁鋰合金的過程中會產生諸如熔體極易氧化、燒損更加嚴重、熔煉工藝更加復雜等等問題。因此，對于鋁鋰合金而言，熔煉過程中的保護環節成為重中之重，新型熔煉保護工藝的研發也是鋁鋰合金熔體保護及凈化技術的重要發展方向之一。現階段熔煉保護工藝存在惰性氣體保護法、真空熔煉法等提升熔體保護和凈化效果的優良方法，但是由于成本過高、技術要求高以及設備因素限制產能等問題，熔劑保護仍然是最為經濟適用的方法，其使用規模仍然很大。

目前公開的保護熔劑產品中大多數都只適用于常規鋁合金，如專利CN201210596221.0一種新型鋁合金液覆蓋劑，公開了使用KCl、NaCl、Na₃AlF₆、Na₂CO₃、CaF₂以及C粉混合的覆蓋劑成分，但是鋁鋰合金中由于鋰的存在，其氧化膜成分大多為Li₂O、LiOH、Li₂CO₃、LiAlO₂、MgO等疏松的氧化物，此配方中的物質無法達到所需的保護效果，并且由于鈉鹽的存在，使用該配方熔煉后得到的合金Na含量過高，產生明顯的鈉脆效應，因此在工業應用中使用該配方容易導致諸如機械性能變差、延伸率較低等致命的問題。而現有的已經公開的鋁鋰合金用保護熔劑較少，且依然存在問題，如專利CN201811620924.6一種鋁鋰合金熔體覆蓋劑及其制備方法，公開了在常用鋁合金覆蓋劑2#熔劑的基礎上，又添加了LiCl和AlF₃，后兩者可以發揮較好的氧化物熔解作用，且可以有效除氫，克服氧化造渣問題，但是在工業應用中由于需要較長的保溫時間，經過長時間保溫鋰元素燒損較為嚴重，因此該配方并不能滿足實際生產要求。同樣，在文獻《大氣環境下Al-Li合金的熔煉特性研究》中采用了鋁鋰合金常用二元保護熔劑LiCl和LiF，配比為3：2，并將鋰元素燒損控制在20％以下；文獻《含鋁鋰合金熔煉鑄造時的保護》中則對多種常用二元和三元保護熔劑進行了燒損率曲線的對比，其中效果最優的配比可以將鋰燒損控制在每小時5％左右，但是上述幾種配比中無提升凈化效果的組分，在鑄錠中觀察到大量的氣5孔和夾雜，并且由于熔劑覆蓋保護的單一性，其保護效果仍然有待提高。此外，在先專利108384974A公布了一種含稀土鎂鋰合金的熔體精煉熔劑及其制備方法。熔劑包括如下質量百分比含量的各組分：氯化鋰25～60％，氟化鋰20～30％，氟化鈣20～35％，活性稀土化合物1～10％；所述活性稀土化合物包括氯化稀土、氟化稀土中的一種。本發明的熔劑具有較佳的熔點、粘度和潤濕性，可同時起到精煉熔體和保護熔體的作用，但是若使用該專利配比的熔劑成分用于鋁鋰合金熔煉覆蓋，保護效果很差，這是因為其成分主要作用是精煉，在精煉聚渣后導致表面氧化膜的質量增大，更容易破壞覆蓋劑所形成的表面保護膜的完整性，發生沉降，導致鋰元素大量燒損，其次其中的氟化鈣與活性稀土化合物會與鋰元素發生劇烈反應，也會導致燒損率大幅上升，因此該成分無法運用于鋁鋰合金覆蓋保護。