鑄造鋁合金熔煉用含稀土除渣精煉熔劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鑄造鋁合金熔煉過程中凈化鋁合金熔液所使用的除渣精煉熔劑 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑄造鋁合金的熔煉過程分為熔化，調(diào)整成份，除渣精煉，變質(zhì)處理，調(diào)整溫度和澆 注。由于爐料不潔，爐料受熱表面氧化，導(dǎo)致已熔化的鋁合金液內(nèi)部存在一定數(shù)量的夾雜和 氣體，液面上有由金屬氧化物和被卷入外來雜質(zhì)混合物構(gòu)成的浮渣或熔渣。這種浮渣和分 散在熔液內(nèi)的夾雜和氣體必須除盡，以確保鑄件組織的純凈。因此，除渣精煉是必要的凈化 處理工藝。一般采用1)熔劑處理，包括揮發(fā)性熔劑如六氯乙烷處理，和不揮發(fā)性熔劑如氟化 鈣等處理。2)惰性氣體吹煉。3)過濾。或采用以上方法聯(lián)合凈化處理。目前應(yīng)用最廣也是最 經(jīng)濟(jì)的基本處理方法是熔劑處理法。即待合金熔化后用鐘罩壓入占爐料質(zhì)量分?jǐn)?shù)〇.2%_ 0.5%的以氯化鈉、氯化鉀為主體并含有上述單一或多種成份的鋁合金除渣精煉劑。上述處 理過程雖然可以在不同程度上去除鋁合金液中的氣體和40%_80%的氧化物及金屬間化合 物，但同時(shí)也產(chǎn)生大量煙塵和有毒有腐蝕性氣體，惡化作業(yè)環(huán)境，使合金熔損率增大，難以 獲得組織致密、無熔渣、無氣泡及夾雜物的鋁合金材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種鑄造鋁合金用除渣精煉熔劑，以解決現(xiàn)有技 術(shù)中存在的上述問題，用本發(fā)明的這種熔劑組合物對(duì)鑄造鋁合金熔液進(jìn)行除渣精煉處理應(yīng) 無煙塵和有害氣體，可有效凈化鋁合金液，提高流動(dòng)性和鑄造性能，促進(jìn)鋁合金鑄造組織中 晶粒的細(xì)化和第二相在晶內(nèi)的彌散析出，從而提高鋁合金的強(qiáng)度，硬度，耐磨性和耐蝕性， 同時(shí)減少合金熔損率。
[0004] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述組合物的制備方法。
[0005] 技術(shù)方案:本發(fā)明的鑄造鋁合金熔煉用除渣精煉熔劑組合物，按重量百分比計(jì)算 的組成為： 稀土氧化物 0.5%----2.0% 稀土碳酸鹽 0.5%----2,0% 氯化鈉 15%-----25% 氯化鉀 15%---30%
[0006] 氟鋁酸鈉 10%-----15% 氟硅酸鈉 10%-----20% 碳酸鈉' 15%------30% 氟化鈣 1%-----5%。
[0007] 其中：
[0008] 優(yōu)選的，所述的稀土氧化物在鑄造鋁合金熔煉用除渣精煉熔劑中的重量含量為 0.6%-1.5 %，稀土碳酸鹽在鑄造鋁合金熔煉用除渣精煉熔劑中的重量含量為1.0 Χ-
[0009] 所述稀土氧化物是氧化鑭、氧化鈰或氧化鐠，或該三種氧化物的組合;稀土碳酸鹽 是碳酸鋪或碳酸鑭。
[0010]所述的稀土氧化物是氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠三種氧化物的組合時(shí)，其組成以重量 計(jì)為：
[0011] 氧化鑭的含量為25 %-35%，
[0012] 氧化鈰的含量為60%_70%，
[0013] 氧化鐠的含量為2 %-5 %。
[0014]所述的稀土碳酸鹽是碳酸鈰和碳酸鑭的組合時(shí)，以重量計(jì)的組成為：
[0015] 碳酸鈰的含量為70%_80%，
[0016] 碳酸鑭的含量為20 %-30 %。
[0017]所述稀土氧化物粉體的粒度為2_5μπι。
[0018] 所述稀土碳酸鹽粉體的粒度為5_8μπι。
[0019] 本發(fā)明的鑄造鋁合金熔煉用除渣精煉熔劑的制備方法包括以下步驟：
[0020] a)將氯化鈉、氯化鉀、氟鋁酸鈉、氟硅酸鈉和氟化鈣在100°C-135°C的溫度和常壓 下混合攪拌45分鐘，形成均勻干燥粉體混合物；
[0021] b)向該混合物中加入碳酸鈉、稀土氧化物和稀土碳酸鹽，在90 °c-l 15 °C的溫度和 常壓下混合攪拌30分鐘；
[0022] c)自然冷卻攪拌20分鐘。
[0023]本發(fā)明的熔劑組合物可以采用常規(guī)熔劑處理工藝對(duì)鑄造鋁合金熔液進(jìn)行除渣精 煉。例如，對(duì)壓鑄用鋁合金，待合金液溫度達(dá)到工藝要求的處理溫度時(shí)(合金牌號(hào)不同，則處 理溫度不同，處理溫度高于相應(yīng)牌號(hào)澆注溫度50°C-80°C有利于清渣和精煉），將熔劑用盆 形鐘罩壓入合金液中，（離爐底約10厘米），平移爐內(nèi)各處并將鐘罩做圓周運(yùn)動(dòng)，以便讓粉體 盡量彌散分布于熔池內(nèi)部，以加快反應(yīng)速度。如在集中熔煉爐中使用，則最宜采用噴粉裝 置，用惰性氣體吸送該熔劑粉體，完成混吹凈化處理。噴粉時(shí)間約10-15分鐘，使其盡量彌散 分布于熔池內(nèi)部，以保證反應(yīng)完全。加入量視合金中雜質(zhì)含量及回爐料的比例可適當(dāng)調(diào)整， 然后靜置約5-10分鐘分鐘，直至渣液徹底分離，渣成粉狀為止，最后扒渣澆注。
[0024]有益效果:在上述熔劑組合物中，稀土氧化物和稀土碳酸鹽在加入鋁液后，通過組 分氟鋁酸鈉和氟硅酸鈉在鋁合金液熔煉溫度下放熱反應(yīng)形成的局部高溫能量起伏，被合金 液中的鋁元素直接還原成具有新鮮活性表面的稀土元素，析出的活性很大的原子態(tài)活性稀 土[RE]，在鋁熔煉溫度范圍內(nèi)（680-750C)與氫生成穩(wěn)定的氫化物：[RE]+2[H] = [REH2]。此 反應(yīng)系放熱反應(yīng)，隨溫度下降，該氫化物越加穩(wěn)定，從而達(dá)到固氫和除氫的目的。此法完全 不同于常規(guī)的借助熔劑在鋁液中產(chǎn)生氣泡，以氣泡為載體，利用氣泡在鋁合金液中上浮過 程中吸附周圍氣體，以達(dá)到除氫除氣的目的。利用稀土元素活潑的化學(xué)性質(zhì)，可與鋁合金液 中的氧，氮，氫等雜質(zhì)和一系列低熔點(diǎn)雜質(zhì)分別形成熔點(diǎn)高的難熔化合物，很容易和熔渣一 起從金屬液中排除出去，達(dá)到除渣精煉的目的。
[0025] 利用稀土元素對(duì)氧的親和力大于鋁和氧的親和力，故[RE]能從氧化夾雜中還原出 鋁，減少了氧化鋁夾雜。
[0026] 利用稀土熔劑在鋁液凈化中產(chǎn)生兩層保護(hù)膜：內(nèi)層：由條狀纖維編織成致密保護(hù) 網(wǎng)絡(luò)，可吸附夾雜及熔劑與夾雜的反應(yīng)生成物質(zhì)，保證了鋁液的凈化。接觸空氣的外層：由 結(jié)晶態(tài)物質(zhì)構(gòu)成，起到了隔絕空氣保護(hù)鋁液的作用。
[0027] 利用稀土熔劑對(duì)鋁合金液的細(xì)化作用，可以提高鋁合金液的流動(dòng)性和鑄造性能， 細(xì)化合金鑄造組織，與鋁及某些合金元素或雜質(zhì)(Fe，Si，S等）形成高熔點(diǎn)化合物充當(dāng)了異 質(zhì)晶核，或是在晶界析出，由于釘扎作用而阻止晶粒長大。稀土表面活性高，能降低晶核表 面能，增大結(jié)晶形核率。稀土在鋁液固溶度極低，且屬表面活性類物質(zhì)，易在晶界和相界面 上吸附偏聚，填補(bǔ)界面上的缺陷，從而阻礙晶體的生長，消除鋁合金中沿晶界分布的連續(xù)網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)，使合金強(qiáng)度，硬度，耐磨性和耐蝕性提高。
[0028] 利用碳酸鈉在鋁合金熔煉溫度下分解反應(yīng)所釋放的氣泡，可有效吸附鋁合金熔液 中溶解的氣體和彌散分布的細(xì)小質(zhì)點(diǎn)。按一定配比投入的氯化鈉，氯化鉀和氟化鈣，在鋁合 金熔煉溫度下形成低熔點(diǎn)且容易捕捉雜質(zhì)同時(shí)與鋁合金液不潤濕的熔劑，有利于造渣和渣 鋁分離。這些組分的組合以及各組分的上述百分比范圍，是通過大量試驗(yàn)確定的，上述組合 以及百分比范圍使本發(fā)明鑄造鋁合金除渣精煉熔劑組合物具有上述凈化處理效果，合金綜 合性能和環(huán)保無有害煙塵的優(yōu)良平衡。
[0029]整個(gè)處理過程無煙塵和刺鼻有毒有害氣體釋出，處理后收集的廢渣中鋁合金含量 重量百分比不高于5%。鋁合金液的流動(dòng)性提高，組織性能改善。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面通過實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)一步說明本發(fā)明。以下實(shí)施例和對(duì)比例，主要在中國 汽車鋁輪轂生產(chǎn)基地一中信戴卡股份有限公司的工程技術(shù)研究院材料研究所及其研發(fā)車 間熔煉工部，為大眾汽車配套的明岐(儀征)鋁輪轂有限公司鋁合金熔煉工部以及珠海市高 新企業(yè)潤星泰電器有限公司的壓鑄車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)完成。重點(diǎn)考察試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的氣味、 煙，渣鋁分離，渣的顏色和凈化效果。首先試驗(yàn)確定了該熔劑與常規(guī)的處理熔劑所要求的工 藝條件是一致的，在700-780°C溫度范圍均可使用；加入比例可在0.2wt % -0.4wt %之間調(diào) 節(jié)。在此基礎(chǔ)上，選擇澆注溫度為700 °C時(shí)，澆注鋼模鑄棒試樣、澆口套模具樣品和流動(dòng)性樣 品。K模取樣觀察夾雜物數(shù)量、晶粒度、針孔度，同時(shí)進(jìn)行顯微組織觀察，以綜合判斷除渣精 煉的效果。
[0031] 例1: 稀土氧化物 0. 5% 稀土碳酸鹽 0..、5% 氯化鈉 20%