CN105177335B

CN105177335B - 一种用于铝合金生产的合金元素添加剂及其制备方法

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Publication number: CN105177335B
Application number: CN201510583700.2A
Authority: CN
Inventors: 刘玉林; 王继杰; 张利; 赵玉华; 刘春忠
Original assignee: Shenyang Aerospace University
Current assignee: Shenyang Aerospace University
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2035-09-15
Also published as: CN105177335A

Abstract

一种用于铝合金生产的合金元素添加剂，所述的合金元素添加剂是由所要添加的合金元素粉末、MgCl₂基熔合物粉末和粘结剂组成，各组分组成为合金元素粉末70—90%（质量百分数）、MgCl₂基熔合物粉末10—30%（质量百分数）。所述合金元素添加剂的组成还包括粘结剂，粘结剂的含量占合金元素添加剂的0—5%（质量百分数），三个组分的质量百分数总和为100%。合金元素和精炼剂有机结合，使发明既具有合金化的作用，又具有精炼效果。本发明用MgCl₂基熔合物做助熔剂，不仅对合金元素粉末起到了助熔的作用，还对铝水起到了精炼的作用，真正做到一剂多用。本发明不含毒性物质，安全环保。

Description

一种用于铝合金生产的合金元素添加剂及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金生产技术领域，具体涉及一种用于铝合金生产的合金元素添加剂。

背景技术

在铝合金的生产过程中，往往需要加入锰、铁、硅、镁、铜等各种合金元素。这些合金元素的添加主要通过中间合金或合金元素添加剂来进行。所谓合金元素添加剂就是将合金元素粉末和其它助熔剂混合后压成的块体。

自从合金元素添加剂问世以来，得到熔铸工业界的大力欢迎。这种添加剂使用方便，很容易投入到熔炼炉中，不需要特别的设备。添加剂块体有相当大的比重，投入到金属溶液中后自然下沉，避免了粉末散浮在熔液表面。合金添加剂中合金元素含量很高，能节省很大的储运开支，所以合金添加剂具有更高的成本优势。合金元素添加剂由金属粉末、助熔剂和粘结剂组成。金属粉末的含量一般为70%至85%，助熔剂的含量为15%至30%，粘结剂只需很少量，0.5—2.0%。加工过程为将各组分粉末均匀混合后，在高压下压成饼状。块体的大小可以由50克到2000克不等。

助熔剂主要是氟盐（如氟铝酸钾）或氟盐与氯盐（如KCl）的混合物。氟铝酸钾和KCl的混合物是一种常用的助熔剂，有的还会添加一些发热剂。这种合金元素粉末-助熔剂组成的添加剂虽然有较好的熔化速度，但这些盐类助熔剂不是合金化过程中必须的添加物，最终变成废渣而扒出，使合金化成本增加。盐类熔剂往往有吸潮倾向，也容易混杂各种杂质。所以添加含熔剂的添加剂有将杂质带入熔体、增加熔体含气量的风险。增加了清渣量、耗费了能源、加大了储运等管理成本。氟盐熔剂熔化时产生大量烟雾，影响环境，也影响操作工人的健康。

在铝及其合金的熔炼过程中，熔体质量和环境问题是铝工业的重要议题。这些都与熔体的处理工艺和所使用的材料有密切关系。铝锭中往往不可避免地含有较高的钠、钙和锂等碱金属杂质。工厂内部的还回料及铝废料通常混有非金属杂质，有机材料和水汽。这些碱金属、非金属夹渣及水汽对铝及其合金的铸造及后续的加工工序会造成严重的质量问题。所以在浇注之前，必须使用精炼剂对铝水进行精炼处理。

MgC1₂和KCl的熔合物（简称MgCl₂基熔合物）具有很低的熔点，并具有非常好的精炼效果，尤其在除碱金属和除氢、清炉等方面尤为出众。用MgCl₂基熔合物取代现有合金元素添加剂中氟盐和氯盐助熔剂，形成一种新型具有精炼功能的合金元素添加剂。新型合金元素添加剂既具有合金化的作用，又具有精炼效果，具有重要的实际生产意义。低熔点低的MgCl₂基熔合物加入到铝水中迅速熔化，从而使添加剂块体迅速松散破碎，加速了合金元素的熔化。合金元素具有比重大的特点。将合金元素和MgCl₂基熔合物结合，加入到铝水中后能够迅速沉入炉底，从而将MgCl₂基熔合物带入炉底。MgCl₂基熔合物熔化后，摆脱合金元素粉末上浮。在上浮的过程中，与铝水中的碱金属反应，与氧化物夹杂和氢接触反应，达到了除碱金属和去氢除杂的目的。

发明内容

本发明提出了一种铝工业熔铸过程中添加合金元素用的合金元素添加剂，所加入的合金元素能快速熔解，被熔体充分吸收，同时又具有优异的精炼功能，达到精炼铝熔体的效果。弥补了现有技术存在的缺陷，克服了现有技术存在的不足。

一种用于铝合金生产的合金元素添加剂，所述的合金元素添加剂是由所要添加的合金元素粉末、MgCl₂基熔合物粉末和粘结剂组成，各组分组成为合金元素粉末70—90%（质量百分数）、MgCl₂基熔合物粉末10—30%（质量百分数）。所述合金元素添加剂的组成还包括粘结剂，粘结剂的含量占合金元素添加剂的0—5%（质量百分数），三个组分的质量百分数总和为100%。

所述的合金元素粉末是Mn，Fe，Cr，Cu，Ti或Zr中的一种纯金属粉末。

所述的MgCl₂基熔合物是MgCl₂和NaCl的熔合物，其中MgCl₂含量占MgCl₂基熔合物的50-65%（质量百分数），NaCl含量占MgCl₂基熔合物的35—50%（质量百分数），两个组分的质量百分数总和为100%。

所述的MgCl₂基熔合物是MgCl₂和KCl的熔合物，其中MgCl₂含量占MgCl₂基熔合物的40-70%（质量百分数），KCl含量占MgCl₂基熔合物的30—60%（质量百分数），两个组分的质量百分数总和为100%。

所述的MgCl₂基熔合物是MgCl₂、KCl和NaCl的熔合物，其中MgCl₂含量占MgCl₂基熔合物的50—70%（质量百分数），NaCl含量（质量百分百）为25—45%（质量百分数），KCl含量占MgCl₂基熔合物的5—20%（质量百分数），三个组分的质量百分数总和为100%。

一种用于铝合金生产的合金元素添加剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将所需要的合金元素制成粉末，粉末粒度为1.0毫米以下；

步骤2：将MgCl₂-KCl,或者MgCl₂-NaCl,或者MgCl₂-KCl-NaCl按一定的质量比混合，加热熔化后混合均匀，再使其降温凝固，凝固后将其破碎并研磨成粉末状，粉末粒度为1.0毫米以下；

步骤3：:将合金元素粉末、MgCl₂基熔合物粉末和粘合物按照一定的质量配比均匀混合；

步骤4：:用压力机将均匀混合后的粉末压成特定重量的块体，所述块体为圆饼状，重量为20—2000克。

所述的铝工业熔铸过程中添加的合金元素是指生产铝合金所需的Mn，Fe，Cu，Cr，Ti，Zr等金属元素。

所述的的MgCl₂基熔合物是MgCl₂-KCl,或者MgCl₂-NaCl,或者MgCl₂-KCl-NaCl熔合物。组成成分的重量比为: (40-70%)MgCl₂-(30-60%)KCl; 或者(50-65%)MgCl₂-(35-50%)NaCl，或者(50-70%)MgCl₂- (20-45%)NaCl-(5-20%)KCl，组分的质量百分比总和为100%。

本发明的设计原理是，将合金元素粉末和MgCl₂基熔合物粉末均匀混合后用压力机压成结实的块。这种块体具有足够高的密度。当投入熔炼炉时，这种块体很容易地刺破铝水表面的氧化膜，进入到铝水中，沉入炉底。这就避免了合金元素粉末散落在铝水表面，从而避免了粉末流失在渣中，保证了合金元素的高收得率。由于MgCl₂基熔合物的熔点很低(根据配比不同，熔化温度为380—500 ^oC)，加入到铝水中很容易熔化。熔剂熔化导致添加剂块体松散破碎，从而合金元素粉末迅速熔解。另一方面，添加剂比重大，加入到铝水中后能够迅速沉入炉底，从而将MgCl₂基熔合物带入炉底。MgCl₂基熔合物熔化后，摆脱合金元素粉末上浮。在上浮的过程中，与铝水中的碱金属反应，与氧化物夹杂和氢接触，达到除碱金属和去氢除杂的目的。

本发明的有益效果：合金元素和精炼剂有机结合，使发明既具有合金化的作用，又具有精炼效果。本发明用MgCl₂基熔合物做助熔剂，不仅对合金元素粉末起到了助熔的作用，还对铝水起到了精炼的作用，真正做到一剂多用。另外，传统合金元素添加剂含有氟盐，使用时产生大量黑烟，污染了环境。本发明不含氟盐，使用时不产生黑烟，改善了环境。本发明不含毒性物质，安全环保。

具体实施方式

实施例1：将电解锰片磨成粉，锰粉的粒度为0.6毫米（30目）以下。将含量占MgCl₂基熔合物70%（质量百分数）的MgCl₂和30%（质量百分数）的KCl加热熔化，搅拌均匀后冷却凝固，再破碎并研磨成粉末状，粉末粒度达到0.6毫米（30目）以下，形成MgCl₂基熔合物粉末。取700g的锰粉和300g的MgCl₂基熔合物粉末均匀混合，然后用压力机压成每块1000克的块体。

实施例2：将电解锰片磨成粉，锰粉的粒度为0.6毫米（30目）以下。将含量占MgCl₂基熔合物40%（质量百分数）的MgCl₂和60%（质量百分数）的KCl加热熔化，搅拌均匀后冷却凝固，再破碎并研磨成粉末状，粉末粒度达到0.6毫米（30目）以下，形成MgCl₂基熔合物粉末。取700g的锰粉和300g的MgCl₂基熔合物粉末均匀混合，然后用压力机压成每块1000克的块体。

实施例3：将电解锰片磨成粉，锰粉的粒度为0.6毫米（30目）以下。将含量占MgCl₂基熔合物58%（质量百分数）的MgCl₂和42%（质量百分数）的KCl加热熔化，搅拌均匀后冷却凝固，再破碎并研磨成粉末状，粉末粒度达到0.6毫米（30目）以下，形成MgCl₂基熔合物粉末。取900g的锰粉和100g的MgCl₂基熔合物粉末均匀混合，然后用压力机压成每块1000克的块体。

实施例4：将金属铜磨成粉，铜粉的粒度为1毫米以下。将含量占MgCl₂基熔合物50%（质量百分数）的MgCl₂和50%（质量百分数）的NaCl加热熔化，搅拌均匀后冷却凝固，再破碎并研磨成粉末状，粉末粒度达到1毫米以下，形成MgCl₂基熔合物粉末。取1600g的铜粉和400g的MgCl₂基熔合物粉末均匀混合，然后用压力机压成每块2000克的块体。

实施例5：将金属钛磨成粉，钛粉的粒度为1毫米以下。将含量占MgCl₂基熔合物65%（质量百分数）的MgCl₂和35%（质量百分数）的NaCl加热熔化，搅拌均匀后冷却凝固，再破碎并研磨成粉末状，粉末粒度达到1毫米以下，形成MgCl₂基熔合物粉末。取1400g的钛粉和600g的MgCl₂基熔合物粉末均匀混合，然后用压力机压成每块2000克的块体。

实施例6：将金属锆磨成粉，锆粉的粒度为1毫米以下。将含量占MgCl₂基熔合物60%（质量百分数）的MgCl₂和40%（质量百分数）的NaCl加热熔化，搅拌均匀后冷却凝固，再破碎并研磨成粉末状，粉末粒度达到1毫米以下，形成MgCl₂基熔合物粉末。取700g的锆粉、250g的MgCl₂基熔合物粉末和50g的粘合剂均匀混合，然后用压力机压成每块1000克的块体。

实施例7：将电解锰片磨成粉，锰粉的粒度为0.6毫米（30目）以下。将50%（质量百分数）MgCl₂、45%（质量百分数）NaCl和5%（质量百分数）KCl加热熔化，搅拌均匀后冷却凝固，再将凝固的锭破碎并研磨成粉，粉末粒度达到0.6毫米（30目）以下，形成MgCl₂基熔合物粉末。取14g的锆粉、6g的MgCl₂基熔合物粉末均匀混合，然后用压力机压成每块20克的迷你块体。

实施例8：将电解锰片磨成粉，锰粉的粒度为0.6毫米（30目）以下。将70%（质量百分数）MgCl₂、25%（质量百分数）NaCl和5%（质量百分数）KCl加热熔化，搅拌均匀后冷却凝固，再将凝固的锭破碎并研磨成粉，粉末粒度达到0.6毫米（30目）以下，形成MgCl₂基熔合物粉末。取800g的锆粉、170g的MgCl₂基熔合物粉末和30g的粘合剂均匀混合，然后用压力机压成每块1000克的块体。

实施例9：购买商品还原铁粉。将52%（质量百分数）MgCl₂、28%（质量百分数）NaCl和20%（质量百分数）KCl加热熔化，搅拌均匀后冷却凝固，再将凝固的锭破碎并研磨成粉，粉末粒度达到0.6毫米（30目）以下，形成MgCl₂基熔合物粉末。取800g的铁粉、200g的MgCl₂基熔合物粉末均匀混合，然后用压力机压成每块1000克的块体。

实施例10：将金属铬磨成粉，铬粉的粒度为0.6毫米（30目）以下。将60%（质量百分数）MgCl₂、25%（质量百分数）NaCl和15%（质量百分数）KCl加热熔化，搅拌均匀后冷却凝固，再将凝固的锭破碎并研磨成粉，粉末粒度达到0.6毫米（30目）以下，形成MgCl₂基熔合物粉末。取800g的铬粉、200g的MgCl₂基熔合物粉末均匀混合，然后用压力机压成每块1000克的块体。

实施例11：生产10000公斤铝—锰合金，牌号3003，设定锰含量为1.2%。先熔炼9900公斤A00铝锭和部分废料。铝水中初始锰含量0.2%。为了获得1.2%锰含量，需加入100公斤锰。当铝锭熔化后，达到额额定温度730 ^oC，取118公斤85Mn合金添加剂（含有85%Mn,15%MgCl₂基熔合物）投入铝水中。其中（118*0.85）=100公斤Mn合金化，使合金成分达到1.2%；（118*0.15）=18公斤MgCl₂基熔合物对铝水精炼。拌均匀后即完成了合金化和精炼两道工序。

Claims

1.一种用于铝合金生产的合金元素添加剂，其特征在于，所述的合金元素添加剂的组成包括所要添加的合金元素粉末、MgCl₂基熔合物粉末和粘结剂，其组成为合金元素粉末70—90 wt%、MgCl₂基熔合物粉末10—30 wt%；粘结剂0—5 wt%，三个组分的质量百分数总和为100%；所述的合金元素粉末是Mn，Fe，Cr，Cu，Ti或Zr中的一种纯金属粉末；所述的MgCl₂基熔合物是MgCl₂和NaCl的熔合物，其组成为MgCl₂50—65 wt%，其余为NaCl，两个组分的质量百分数总和为100%；所述的MgCl₂基熔合物是MgCl₂和KCl的熔合物，其组成为MgCl₂ 40-70wt%，其余为KCl，两个组分的质量百分数总和为100%；所述的MgCl₂基熔合物是MgCl₂、KCl和NaCl的熔合物，其组成为MgCl₂ 50—70 wt%，NaCl 25—45 wt%，KCl 5—20 wt%，三个组分的质量百分数总和为100%。

2.一种用于铝合金生产的合金元素添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤2：制备MgCl₂基熔合物粉末:将MgCl₂-KCl或者MgCl₂-NaCl或者MgCl₂-KCl-NaCl，按一定配比混合，加热熔化后混合均匀，再使其降温凝固，凝固后将其破碎并研磨成粉末状，粉末粒度为1.0毫米以下；

所述的MgCl₂-NaCl是MgCl₂和NaCl的熔合物，配比为MgCl₂ 50—65 wt%，其余为NaCl，两个组分的质量百分数总和为100%；所述的MgCl₂-KCl是MgCl₂和KCl的熔合物，配比为MgCl₂40-70 wt%，其余为KCl，两个组分的质量百分数总和为100%；所述的MgCl₂-KCl-NaCl是MgCl₂、KCl和NaCl的熔合物，配比为MgCl₂ 50—70 wt%，NaCl 25—45 wt%，KCl 5—20 wt%，三个组分的质量百分数总和为100%；

步骤3：将合金元素粉末、MgCl₂基熔合物粉末和粘合物按照合金元素粉末70—90 wt%、MgCl₂基熔合物粉末10—30 wt%；粘结剂0—5 wt%的配比均匀混合，三个组分的质量百分数总和为100%；

步骤4：用压力机将均匀混合后的粉末压成特定重量的块体。

3.根据权利要求2所述的一种用于铝合金生产的合金元素添加剂的制备方法，其特征在于，所述块体为圆饼状，重量为20—2000克。