專利名稱：羰合物Ni(CO)₄變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金材料及其制備方法，特別涉及一種羰合物Ni (CO)4變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
變質(zhì)作用能夠極大地提高鋁合金的綜合機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)，有時(shí)甚至是顛覆性的。能夠產(chǎn)生變質(zhì)作用的物質(zhì)稱為變質(zhì)劑。目前幾乎所有的變質(zhì)劑都集中在一種技術(shù)手段上以鋁為基體生產(chǎn)含有變質(zhì)元素的中間合金，再在鋁合金熔煉時(shí)把中間合金加入熔體中。這一過程產(chǎn)生了兩個(gè)于節(jié)能不利的環(huán)節(jié)①含有高濃度變質(zhì)元素的中間合金的熔鑄環(huán)節(jié)，往往需要很高的溫度(> 1000°C，如 Al-T1-B、Al-RE、Al-S1、Al-Sc、Al-V、Al-Cr、Al-Mn、Al-Co、Al-N1、Al-W、Al-Zr等)鋁合金熔煉時(shí)加入中間合金，“溶解”并“稀釋”變
質(zhì)元素，再鑄造。對(duì)鋁合金生產(chǎn)來說，上述過程相當(dāng)于多了一個(gè)“熔煉-鑄造”環(huán)節(jié)，而中間合金中大量的鋁只起到儲(chǔ)存變質(zhì)元素的作用，其所消耗的能量完全是無效的。
·
在各種鋁中間合金變質(zhì)劑中，最具代表性的是Al-T1-B線材和鋁-稀土(RE)中間合金。隨著研究的深入，越來越多的元素被發(fā)現(xiàn)具有變質(zhì)作用，也就產(chǎn)生了越來越多的中間合金。對(duì)于鋁合金冶煉工廠來說，為了專注于終端合金產(chǎn)品的生產(chǎn)，沒有必要專門投資建中間合金生產(chǎn)線，而寧愿從市場(chǎng)采購(gòu)中間合金。于是就有了專門生產(chǎn)鋁中間合金的工廠，并形成了規(guī)模產(chǎn)業(yè)，目前全世界鋁中間合金產(chǎn)業(yè)達(dá)到數(shù)十億元?；阡X中間合金的理論思維，作為變質(zhì)劑加入的添加劑以下條件所限制(I)在高溫下化學(xué)成分不變，在鋁熔體中有足夠的穩(wěn)定性；(2)添加劑的熔點(diǎn)應(yīng)比鋁的高；(3)添加劑和鋁的晶格在結(jié)構(gòu)尺寸上應(yīng)相適應(yīng)；(4)與被處理的熔體原子形成強(qiáng)而有力的吸附鍵。這些限制條件，好象是專門為高溫金屬元素的鋁中間合金量身定做的，因此限制了“變質(zhì)”概念的內(nèi)涵和外延。同時(shí)，鋁中間合金變質(zhì)劑中的有效元素很難充分發(fā)揮作用。盡管中間合金的基體也是鋁，但生產(chǎn)中間合金時(shí)，高熔點(diǎn)元素、難溶解元素與鋁發(fā)生合金化的過程是很難控制的有效元素的偏析、鋁的燒損量增加和大量雜質(zhì)的混入，都在所難免。對(duì)于雜質(zhì)限量要求極為嚴(yán)格的高性能合金生產(chǎn),往往變質(zhì)劑帶入的雜質(zhì)就足以使化學(xué)成份超過限制范圍；同時(shí)，微觀狀態(tài)下大量聚集的有效變質(zhì)元素仍然處于單質(zhì)結(jié)晶團(tuán)塊狀態(tài)，在熔融鋁的溫度下(< 800°C )根本無法完全溶解和熔化，只有表面極薄的膜層由于與鋁可能產(chǎn)生合金化反·應(yīng)而起到部分變質(zhì)作用，其余大量的聚集態(tài)都是怎么加進(jìn)去就怎么存在，變質(zhì)作用因而大打折扣。在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常出現(xiàn)的問題是變質(zhì)劑的變質(zhì)能力不穩(wěn)定，變質(zhì)劑加入的比例波動(dòng)范圍大，不容易精確掌握添加量，同時(shí)在制造高溫元素的鋁中間合金過程中極容易混入有害元素，對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)目前鋁合金變質(zhì)劑和變質(zhì)機(jī)理存在的缺陷，以羰合物Ni (CO)4分子晶體細(xì)粉作為高效變質(zhì)劑，以流態(tài)化方式隨保護(hù)性氣體加入到合金熔體中，通過與鋁合金熔體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或高溫分解而釋放出原子或離子狀態(tài)的變質(zhì)元素Ni，同時(shí)產(chǎn)生CO-自由基，可吸收和去除熔體中H和O等有害雜質(zhì)元素，達(dá)到高效、均勻變質(zhì)和凈化熔體的目的，實(shí)現(xiàn)基體和金屬化合物相的晶粒細(xì)化；并在鋁合金生產(chǎn)中的取代中間合金，減少中間環(huán)節(jié)，節(jié)能降耗。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種羰合物Ni (CO)4變質(zhì)的高性能鋁合金材料，按重量百分比計(jì)，該合金成分為 Cu :3· 2 4. 2%,Mn :0· 3 O. 7%,Mg :1· O 2. 2%,Ni 0. 06 1. 2%,T1:彡 O. 12%, S1:彡 O. 5%,Fe ■.(1. 2%，羰合物 Ni (CO)4 變質(zhì)劑為總量的 Ippm 1. 0%,其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個(gè)< O. 05%，合計(jì)< O. 15%。本發(fā)明所述的羰合物Ni (CO)4變質(zhì)的高性能鋁合金材料，羰合物Ni (0))4變質(zhì)劑的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為30 150目。本發(fā)明所述的羰合物Ni (CO)4變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，包括如下步驟步驟一在上述元素比例范圍內(nèi)，選定一組元素和羰合物Ni (CO) 4變質(zhì)劑比例，再根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質(zhì)金屬的質(zhì)量，編制合金生產(chǎn)配料表，并按配料表選足備料；步驟二 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并在700 800°C下保溫；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；

步驟三再按配方比例先加入步驟一選定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔體攪拌均勻；步驟四然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；往合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，熔體精煉在封閉環(huán)境中操作；步驟五精煉除渣后，以保護(hù)性氣體對(duì)熔體進(jìn)行除氣作業(yè)，同時(shí)使羰合物Ni (CO)4變質(zhì)劑以流態(tài)化方式隨保護(hù)性氣體加入到合金熔體中；同時(shí)進(jìn)行攪拌，使變質(zhì)劑與合金熔體充分反應(yīng)；變質(zhì)劑加入完畢，繼續(xù)通入保護(hù)性氣體至變質(zhì)劑反應(yīng)完畢。步驟六靜置、調(diào)溫至700 800°C，合金液傾倒出爐，進(jìn)入下一工序。本發(fā)明所述的羰合物Ni (CO)4變質(zhì)分子團(tuán)簇變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于在步驟五中，保護(hù)性氣體是指氮?dú)?、氬氣或氮?dú)馀c氬氣的混合氣體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下主要優(yōu)點(diǎn)(I)羰合物Ni (CO)4變質(zhì)劑具有變質(zhì)效果好，羰合物Ni (CO)4本身就以細(xì)粉以保護(hù)性氣體加入，在高溫鋁中分解出Ni元素，使Ni的微粒更細(xì)、更均勻，大大提高了 Ni在鋁合金的作用。(2)除氫，凈化熔體作用，同時(shí)產(chǎn)生CO-自由基，可吸收和去除熔體中H和O等有害雜質(zhì)元素，達(dá)到高效、均勻變質(zhì)和凈化熔體的目的。
(3)并在鋁合金生產(chǎn)中的取代中間合金，避免了無謂的浪費(fèi)，減少了冶煉環(huán)節(jié)，節(jié)能降耗，并且羰合物Ni (CO)4原料易得，成本便宜。Ni粉在常壓下就和CO分子直接生成Ni (CO)40
具體實(shí)施例方式步驟一按下表選定每元素和物質(zhì)配方，并按配制的合金總量1000kg，推算出所需的每種物質(zhì)的重量。
權(quán)利要求
1.一種羰合物Ni (CO)4變質(zhì)的高性能鋁合金材料，其特征在于按重量百分比計(jì)，該合金成分為 Cu:3. 2 4. 2%，Mn: O. 3 O. 7%，Mg:1. O 2.2%，N1: O. 06 1. 2%，T1: ^ O. 12%，S1: ^ O. 5%，F(xiàn)e: ^1. 2%，羰合物 Ni (CO)4 變質(zhì)劑為總量的 Ippm 1. 0%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個(gè)< O. 05%，合計(jì)< O. 15%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的羰合物Ni(CO)4變質(zhì)的高性能鋁合金材料，其特征在于羰合物Ni (CO)4變質(zhì)劑的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為30 150目。
3.—種如權(quán)利要求1 2所述的羰合物Ni (CO)4變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟 步驟一在上述元素比例范圍內(nèi)，選定一組元素和羰合物Ni (CO)4變質(zhì)劑比例，再根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質(zhì)金屬的質(zhì)量，編制合金生產(chǎn)配料表，并按配料表選足備料； 步驟二 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并在700 80(TC下保溫；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成； 步驟三再按配方比例先加入步驟一選定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔體攪拌均勻； 步驟四然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；往合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，熔體精煉在封閉環(huán)境中操作； 步驟五精煉除渣后，以保護(hù)性氣體對(duì)熔體進(jìn)行除氣作業(yè)，同時(shí)使羰合物Ni (CO)4變質(zhì)劑以流態(tài)化方式隨保護(hù)性氣體加入到合金熔體中；同時(shí)進(jìn)行攪拌，使變質(zhì)劑與合金熔體充分反應(yīng)；變質(zhì)劑加入完畢，繼續(xù)通入保護(hù)性氣體至變質(zhì)劑反應(yīng)完畢； 步驟六靜置、調(diào)溫至700 80(TC，合金液傾倒出爐，進(jìn)入下一工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的羰合物Ni(CO) 4變質(zhì)分子團(tuán)簇變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于在步驟五中，保護(hù)性氣體是指氮?dú)?、氬氣或氮?dú)馀c氬氣的混合氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種羰合物Ni(CO)4變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法，按重量百分比計(jì)，該合金成分為Cu:3.2～4.2%，Mn:0.3～0.7%，Mg:1.0～2.2%，Ni:0.06～1.2%，Ti:≤0.12%，Si:≤0.5%，F(xiàn)e:≤1.2%，羰合物Ni(CO)4變質(zhì)劑為總量的1ppm～1.0%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個(gè)≤0.05%，合計(jì)≤0.15%。本發(fā)明的鋁合金材料具有較高的性能和更高的純凈度，制備方法簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C22C21/16GK103060641SQ20111032447
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者門三泉, 車云, 張中可 申請(qǐng)人:貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司