專(zhuān)利名稱(chēng)：鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的純化方法，具體是涉及一種鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法。
背景技術(shù)：
隨著鋁合金應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，對(duì)其純凈度的要求越來(lái)越高。對(duì)于大多數(shù)變形鋁合金而言，硅是其主要的雜質(zhì)元素。由工業(yè)純鋁配置的鋁合金中的雜質(zhì)硅元素主要來(lái)自原鋁，而原鋁中的硅主要來(lái)源于鋁電解冶煉過(guò)程中氧化鋁原料和炭素陽(yáng)極中含有的SiO2雜質(zhì)，另外，在鋁合金熔煉過(guò)程中與耐火材料的接觸也會(huì)造成硅的污染。在由工業(yè)純鋁配置而成的一些鋁合金體系中的雜質(zhì)硅元素與合金元素生成AlFeMnSi、Mg2Si以及(Fe2Cr)3SiAl12等一些硬脆相。這些硬脆相，呈粗大針片狀、漢字狀或塊狀等，與α-Al有著不同的彈性模量、膨脹系數(shù)，在其尖角處易出現(xiàn)應(yīng)力集中，嚴(yán)重割裂基體，降低了材料的強(qiáng)度和塑韌性，在受力狀態(tài)下首先產(chǎn)生脆斷，不但成為材料的斷裂源，且加速了材料的破斷過(guò)程，顯著降低加工制品的塑性、變形能力、疲勞壽命和斷裂韌性等。目前，工業(yè)上主要通過(guò)偏析法或三層液法來(lái)生產(chǎn)純度較高的精鋁和高純鋁，該方法不僅能去除原鋁中的硅，也能同時(shí)去除其他大部分雜質(zhì)元素，但是生產(chǎn)效率低，產(chǎn)量小，成本高。用價(jià)格昂貴的精鋁或高純鋁熔配合金往往是不經(jīng)濟(jì)的，而且也沒(méi)有必要。
對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，針對(duì)鋁合金中主要雜質(zhì)元素硅的去除，還沒(méi)有具有明顯降硅效果的方法。東北大學(xué)的張磊等，發(fā)表的名稱(chēng)為交變磁場(chǎng)分離鋁熔體中Fe、Si的金屬間化合物(《輕金屬》2005(1)53-56)，通過(guò)在800℃下的鋁熔體中加入1.2％的Mn元素把含F(xiàn)e、Si的金屬間化合物從原來(lái)的針狀和樹(shù)枝狀改變?yōu)橛欣陔姶欧蛛x的塊狀，從而使得Si、Fe元素通過(guò)電磁凈化得以部分去除，硅元素含量從原始的0.55％降至0.51％。但是該方法引入了對(duì)鋁熔體有害的元素Mn，且對(duì)硅元素的去除效率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法。該方法使用方便，操作工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，在去除鋁合金中雜質(zhì)元素硅的同時(shí)不會(huì)造成合金元素含量的變化或帶來(lái)其他有害雜質(zhì)。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明通過(guò)在鋁合金熔體中加入含鈦物質(zhì)，反應(yīng)生成Ti(Al1-xSix)3或鈦硅化合物捕獲固溶鋁合金熔體中的硅元素，然后通過(guò)凈化工藝去除富硅化合物，實(shí)現(xiàn)熔體中硅元素的去除，并使殘留的鈦含量與添加含鈦物質(zhì)前相當(dāng)。
本發(fā)明步驟如下(1)將含鈦物質(zhì)加入至鋁合金熔體中；(2)在鑄造前通過(guò)過(guò)濾和/或電磁凈化工藝去除鋁液中的含硅化合物，經(jīng)過(guò)精煉的鋁液隨后澆鑄成錠或直接鑄軋成板材，實(shí)現(xiàn)鋁液中硅元素的凈化去除。
步驟(1)中，所述的含鈦物質(zhì)，是指含鈦化合物或鋁鈦中間合金或純鈦顆粒。
所述的含鈦化合物為二氧化鈦、氟鈦酸鉀或它們的混合物。在鋁合金熔體中只需加入其中一種化合物就能達(dá)到良好的除硅效果。
所述的含鈦化合物，其加入方式可以單獨(dú)加入鋁合金熔體中，也可以和普通精煉劑混合均勻后一起加入。
所述的含鈦物質(zhì)，其加入量應(yīng)使得鋁合金熔體中鈦的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.2％-3％。
所述的含鈦物質(zhì)是含鈦化合物時(shí)，則以下操作步驟為鋁合金在熔煉爐或保溫爐內(nèi)熔化并在700℃-800℃保溫，通過(guò)噴粉機(jī)將烘干脫水后的含鈦化合物或含鈦化合物與普通精煉劑的混合物隨氣體(N2或Ar)噴射入熔體內(nèi)，并使得其在整個(gè)熔池內(nèi)充分混合，鋁液在精煉后保溫30分鐘-90分鐘；所述的含鈦物質(zhì)是鋁鈦中間合金或純鈦顆粒時(shí)，則以下操作步驟為鋁合金在熔煉爐或保溫爐內(nèi)熔化并在700℃-800℃保溫，加入鋁鈦中間合金或純鈦顆粒，待其熔化后進(jìn)行攪拌，使得鈦元素在整個(gè)熔池內(nèi)分布均勻，鋁液經(jīng)精煉后保溫30分鐘-90分鐘。
步驟(2)中，所述的過(guò)濾凈化工藝，具體為將含有富硅化合物的鋁液通過(guò)規(guī)格為15ppi-40ppi的泡沫陶瓷過(guò)濾器；
步驟(2)中，所述的電磁凈化工藝，具體為將含有富硅化合物的鋁液通過(guò)孔徑為3mm-20mm的蜂窩狀陶瓷管分離器，并通過(guò)螺線(xiàn)管線(xiàn)圈施加頻率10kHz～30kHz、磁感應(yīng)強(qiáng)度0.02T-0.10T的交變磁場(chǎng)。
與現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)在鋁熔體中加入Mn元素除Si相比，本發(fā)明通過(guò)加入含鈦化合物、鋁鈦中間合金或純鈦顆粒以及隨后的凈化處理，可使鋁合金中的硅含量降低15％-50％，實(shí)現(xiàn)鋁熔體中硅元素的有效去除。本發(fā)明所述的鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法適合鋁合金的熔煉要求，所用含鈦化合物來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，整個(gè)凈化過(guò)程操作工藝簡(jiǎn)便，不會(huì)帶來(lái)其他有害雜質(zhì)元素，也不會(huì)造成合金元素含量的變化。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1所選用的含鈦物質(zhì)為純鈦顆粒，加入量為鋁熔體重量的0.2％。
鋁合金在熔煉爐內(nèi)熔化并在800℃保溫一段時(shí)間后，加入純鈦顆粒，待其熔化后，對(duì)鋁合金熔體進(jìn)行攪拌以使得鈦元素在整個(gè)熔池內(nèi)分布均勻，精煉后保溫30分鐘用于澆鑄。爐外采用40ppi的泡沫陶瓷過(guò)濾器凈化鋁熔體。用于含硅量0.11％的鋁合金，經(jīng)過(guò)凈化后其含硅量降低到0.08％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
實(shí)施例2所選用的含鈦化合物為氟鈦酸鉀，加入量使得鋁熔體中鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％。
鋁合金在熔煉爐內(nèi)熔化并在800℃保溫一段時(shí)間后，通過(guò)噴粉機(jī)將氟鈦酸鉀隨氣體(N2或Ar)噴射入熔體內(nèi)，并使得氟鈦酸鉀在整個(gè)熔池內(nèi)充分混合，精煉后保溫90分鐘用于澆鑄。爐外采用15 ppi的泡沫陶瓷過(guò)濾器凈化鋁熔體。用于含硅量1.37％的鋁合金熔體，經(jīng)過(guò)凈化后其含硅量降至1.14％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
實(shí)施例3所選用的含鈦物質(zhì)為鋁鈦中間合金，加入量使鋁熔體中鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％。
鋁合金在熔煉爐內(nèi)熔化并在720℃保溫一段時(shí)間后，加入鋁鈦中間合金，待其熔化后施加攪拌以使鈦元素在熔池內(nèi)分布均勻，精煉后保溫50分鐘用于澆鑄。爐外采用30ppi的泡沫陶瓷過(guò)濾器凈化鋁熔體。經(jīng)過(guò)凈化后鋁合金熔體中含硅量從0.6％降為0.3％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
實(shí)施例4所選用的含鈦化合物為氟鈦酸鉀和二氧化鈦的混合物，加入后鋁熔體中鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％。
鋁合金在熔煉爐內(nèi)熔化并在700℃保溫一段時(shí)間后，通過(guò)噴粉機(jī)將混合物隨氣體(N2或Ar)噴射入熔體內(nèi)，并使得其在整個(gè)熔池內(nèi)充分混合，精煉后保溫30分鐘后用于澆鑄。爐外熔體凈化方式為電磁凈化蜂窩狀陶瓷管分離器孔徑為20mm，螺線(xiàn)管線(xiàn)圈施加頻率10kHz，交變磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度0.02T。用于鋁合金中，凈化后其含硅量從0.15％降至0.08％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
實(shí)施例5所選用的含鈦化合物為氟鈦酸鉀，加入后鋁熔體中鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％。
鋁合金在熔煉爐內(nèi)熔化并在780℃保溫一段時(shí)間后，通過(guò)噴粉機(jī)將氟鈦酸鉀粉末隨氣體(N2或Ar)噴射入熔體內(nèi)，并使得其在整個(gè)熔池內(nèi)充分混合，精煉后保溫90分鐘用于澆鑄。爐外采用20ppi的泡沫陶瓷過(guò)濾器和電磁凈化對(duì)鋁熔體進(jìn)行復(fù)合凈化處理(蜂窩狀陶瓷管分離器孔徑為3mm，螺線(xiàn)管線(xiàn)圈施加頻率30kHz、交變磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度0.10T)。用于含硅量0.5％的鋁合金熔體，凈化后其含硅量從0.5％降到了0.27％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法，其特征在于，通過(guò)在鋁合金熔體中加入含鈦物質(zhì)，反應(yīng)生成Ti(Al1-xSix)3或鈦硅化合物捕獲固溶鋁合金熔體中的硅元素，然后通過(guò)凈化工藝去除富硅化合物，實(shí)現(xiàn)熔體中硅元素的去除。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法，其特征是，包括如下步驟(1)將含鈦物質(zhì)加入至鋁合金熔體中；(2)在鑄造前通過(guò)過(guò)濾和/或電磁凈化工藝去除鋁液中的含硅化合物，經(jīng)過(guò)精煉的鋁液隨后澆鑄成錠或直接鑄軋成板材，實(shí)現(xiàn)鋁液中硅元素的凈化去除。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法，其特征是，步驟(1)中，所述的含鈦物質(zhì)，是指含鈦化合物或鋁鈦中間合金或純鈦顆粒。
4.如權(quán)利要求3所述的鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法，其特征是，所述的含鈦化合物為二氧化鈦、氟鈦酸鉀或它們的混合物。
5.如權(quán)利要求4所述的鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法，其特征是，所述的含鈦化合物，其加入方式單獨(dú)加入鋁合金熔體中，或與普通精煉劑混合均勻后一起加入。
6.如權(quán)利要求1或2所述的鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法，其特征是，所述的含鈦物質(zhì)，其加入量應(yīng)使得鋁合金熔體中鈦的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.2％-3％。
7.如權(quán)利要求3所述的鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法，其特征是，所述的含鈦物質(zhì)是含鈦化合物時(shí)，則以下操作步驟為鋁合金在熔煉爐或保溫爐內(nèi)熔化并在700℃-800℃保溫，通過(guò)噴粉機(jī)將烘干脫水后的含鈦化合物或含鈦化合物與普通精煉劑的混合物隨氣體N2或Ar噴射入熔體內(nèi)，并使得其在整個(gè)熔池內(nèi)充分混合，鋁液在精煉后保溫30分鐘-90分鐘。
8.如權(quán)利要求3所述的鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法，其特征是，所述的含鈦物質(zhì)是鋁鈦中間合金或純鈦顆粒時(shí)，則以下操作步驟為鋁合金在熔煉爐或保溫爐內(nèi)熔化并在700℃-800℃保溫，加入鋁鈦中間合金或純鈦顆粒，待其熔化后進(jìn)行攪拌，使得鈦元素在整個(gè)熔池內(nèi)分布均勻，鋁液經(jīng)精煉后保溫30分鐘-90分鐘。
9.如權(quán)利要求2所述的鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法，其特征是，步驟(2)中，所述的過(guò)濾凈化工藝，具體為將含有富硅化合物的鋁液通過(guò)規(guī)格為15ppi-40ppi的泡沫陶瓷過(guò)濾器。
10.如權(quán)利要求2所述的鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法，其特征是，步驟(2)中，所述的電磁凈化工藝，具體為將含有富硅化合物的鋁液通過(guò)孔徑為3mm-20mm的蜂窩狀陶瓷管分離器，并通過(guò)螺線(xiàn)管線(xiàn)圈施加頻率10kHz～30kHz、磁感應(yīng)強(qiáng)度0.02T-0.10T的交變磁場(chǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的鋁合金中雜質(zhì)元素硅的去除方法。本發(fā)明通過(guò)在鋁合金熔體中加入含鈦物質(zhì)，反應(yīng)生成Ti(Al
文檔編號(hào)C22C21/00GK101086042SQ20071004398
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者疏達(dá), 祝國(guó)梁, 王俊, 孫寶德 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)