一種用于鋁合金的錳添加劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金的添加劑領(lǐng)域，具體涉及一種用于鋁合金的錳添加劑及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著鋁加工及鋁合金工業(yè)不斷發(fā)展，鋁合金的研制被列為重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)，合金 化是鋁合金生產(chǎn)工藝流程中重要的一環(huán)，而合金添加元素在熔融鋁中的熔解是合金化的重 要過(guò)程。
[0003] 目前，合金添加元素通常有銅、硅、鎂、鋅、錳、鐵、鉻等。實(shí)施時(shí)，鋁合金熔鑄的溫度 通常為710-750°c，對(duì)于低熔點(diǎn)或熔解度大的合金元素如硅鎂、銅等直接以單質(zhì)金屬粉末的 形式加入鋁液中即可熔解，但對(duì)于錳、鐵、鉻等高熔點(diǎn)或溶解度小的合金元素，由于與鋁的 熔點(diǎn)差距較大，若將其以單質(zhì)的形式加入到鋁液中熔解，則溶解爐的溫度需達(dá)到l〇〇〇°C以 上，而這樣又會(huì)造成鋁液的汽化，且溶解爐內(nèi)的鋁液易與周圍的氧氣、氫氣、水等發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)，形成難以去除的雜質(zhì)，導(dǎo)致鋁合金性能的偏差過(guò)大，不符合鋁合金性能的要求，從而 導(dǎo)致鋁合金的報(bào)廢，造成浪費(fèi)；另外，將溶解爐升溫至1000°C以上需耗費(fèi)更多的能量，且升 溫時(shí)間長(zhǎng)，從而導(dǎo)致成本高、效率低。
[0004] 為了避免上述不足，人們采用中間合金熔解的方式來(lái)降低合金元素熔解時(shí)所需 要的溫度，然而，為了保證低溫熔解，中間合金中合金元素的比例就不易過(guò)大，現(xiàn)有的中間 合金的合金元素的含量大致占中間合金的20%左右，對(duì)于制造錳含量為1. 5%的錳鋁合金 時(shí)，需要向20噸的鋁液中加入大概1. 62噸的中間合金。由于投入的中間合金較多，一次投 入的量大，則鋁液的溫度就會(huì)降低，從而無(wú)法熔解所有的中間合金；因此需要分多次進(jìn)行投 放，且為了保證每次投放的中間合金均能夠完全熔解，則每次投放的質(zhì)量不能過(guò)多；由于是 多次投放，因此整個(gè)熔解時(shí)間就會(huì)較長(zhǎng)，而鋁液長(zhǎng)時(shí)間與大氣中的氧氣、氫氣、水蒸氣等其 他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成的雜質(zhì)增多，導(dǎo)致鋁合金的品質(zhì)降低，且整個(gè)過(guò)程耗能高、效率低。 [0005]目前，為了解決上述問(wèn)題，人們已經(jīng)想到將金屬猛、鐵、鉻等粉碎，再于其中添加助 熔劑，并將其制成固定形狀，即錳添加劑、鐵添加劑和鉻添加劑。當(dāng)將錳添加劑、鐵添加劑、 鉻添加劑投入到溶解爐中時(shí)，助熔劑在鋁液中迅速發(fā)生爆炸式反應(yīng)，并放出大量的熱量，該 大量的熱量能使錳、鐵、鉻的溫度迅速上升至其分別的熔解溫度，從而實(shí)現(xiàn)熔解。然而，現(xiàn)有 的錳添加劑、鐵添加劑、鉻添加劑都需要大量的助熔劑才能實(shí)現(xiàn)在710-750°C下將猛、鐵、鉻 熔解，使得錳添加劑、鐵添加劑和鉻添加劑中的有效元素含量較低，即將錳添加劑、鐵添加 劑、鉻添加劑投入鋁液中時(shí)，引入的雜質(zhì)元素較多，使得鋁合金質(zhì)量差。特別地，現(xiàn)有錳添加 劑中猛元素的含量通常只能達(dá)到85%。
[0006] 其次，現(xiàn)有錳添加劑在制作過(guò)程中，若錳粉過(guò)細(xì)，則會(huì)因?yàn)槠浔砻婺艽?、吸附較多 的氧而燒損，從而導(dǎo)致錳的回收率（即錳的熔解率）低，進(jìn)而導(dǎo)致鋁合金中錳元素含量不 準(zhǔn)，使得鋁合金的質(zhì)量差；若錳粉過(guò)粗，則會(huì)因?yàn)殄i粉內(nèi)部至表面的距離長(zhǎng)、錳粉內(nèi)部升溫 慢而使得錳添加劑熔解溫度高、熔解速率慢，現(xiàn)有錳添加劑熔解于鋁液中時(shí)，其熔解溫度為 710-750°C，15min時(shí)達(dá)到最高錳回收率（即錳的熔解率）80%。因此，現(xiàn)有錳添加劑的錳粉 粒度分布需控制為60目以上的小于5%、325目以下的小于5%，其粒度分布集中。然而，粒 度分布集中的錳粉生產(chǎn)難度大，在生產(chǎn)過(guò)程中需耗費(fèi)較大的人力、物力來(lái)嚴(yán)格把控工藝參 數(shù)，且在粉碎過(guò)篩過(guò)程中，需進(jìn)行多次粉碎、多次過(guò)篩、多次分析檢測(cè)，因?yàn)檫^(guò)篩后的大粒徑 粉末需再次粉碎、再次過(guò)篩，直至其達(dá)到相應(yīng)的粒度范圍，效率低，而過(guò)篩后的小粒徑粉末 則無(wú)法正常使用，只能回收、重新冶煉結(jié)晶，效率低，生產(chǎn)成本高，從而由錳粉及其他添加劑 制成的錳添加劑的生產(chǎn)成本也高。
[0007] 另外，為了避免添加劑產(chǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中松散，通常要將添加劑產(chǎn)品壓制成密度 較高的餅狀或球狀，現(xiàn)有的用于鋁合金生產(chǎn)的錳添加劑密度通常大于5. Og/cm3,但是對(duì)于 密度較高的添加劑產(chǎn)品，有如下的問(wèn)題：1、熔解比較緩慢，熔解時(shí)間通常為20min以上，熔 解時(shí)間長(zhǎng)；2、加入鋁熔體的添加劑容易沉底，一旦沉底，一方面會(huì)導(dǎo)致錳粉熔解速度減慢， 另一方面會(huì)導(dǎo)致錳粉溶解后分散不均勻；3、較密實(shí)的添加劑產(chǎn)品在熔解過(guò)程中表面會(huì)形成 致密的保護(hù)膜，從而導(dǎo)致內(nèi)部無(wú)法繼續(xù)熔解，這樣就會(huì)使回收率（即錳的熔解率）較低。
[0008] 綜上所述，現(xiàn)有錳添加劑熔解于鋁液中時(shí)，其熔解時(shí)間較長(zhǎng)，熔解溫度較高，錳回 收率較低，熔解時(shí)間、熔解溫度、錳回收率均有待進(jìn)一步改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種錳含量高，熔解于鋁液中時(shí)熔解時(shí)間短、熔 解溫度低、錳回收率高的用于鋁合金的錳添加劑。
[0010] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于鋁合金的錳添加劑， 其為原料粉末壓制而成的餅狀或橄欖球狀，所述原料包括錳粉、鋁粉、鐵粉和助熔劑，所述 錳粉、鋁粉、鐵粉和助熔劑分別在惰性氣體保護(hù)下破碎，還包括表面活性劑，各組分的質(zhì)量 百分?jǐn)?shù)為：錳粉86% -97%，鋁粉2. 39% -6. 39%，鐵粉0% -6%，助熔劑0.01% -0.05%， 表面活性劑0.5% -2%。其中：
[0011] 1)所述錳粉的粒度分布為325-700目的為35 % -40 %、100-325目的為 40%-45%、60-100目的為5%-15%、10-60目的為0-5%，錳粉的純度大于或等于98% ; [0012] 2)所述鋁粉的粒度分布為60-300目，鋁粉的純度大于或等于98% ;
[0013] 3)所述助熔劑的粒度分布為60-300目，助熔劑的純度大于或等于98% ;
[0014] 所述錳添加劑壓制成型后的密度為3. 0-5. Og/cm3。
[0015] 采用本發(fā)明技術(shù)方案的錳添加劑，錳粉的含量高達(dá)86% -97%，從而錳添加劑熔 解于鋁液中時(shí)，引入的雜質(zhì)含量少，鋁合金的質(zhì)量好。
[0016] 錳添加劑各成分中，錳是錳添加劑的主元素，錳加入鋁合金中可以起到細(xì)化晶粒、 增強(qiáng)鋁合金強(qiáng)度和塑性的作用；鋁粉在錳添加劑壓制的過(guò)程中可起到一個(gè)粘接粉末的作 用，便于錳添加劑成型，且鋁是鋁合金的主要元素，于錳添加劑中加入鋁粉不會(huì)造成雜質(zhì)的 增加。
[0017] 鐵粉和表面活性劑可起到聚合粉末的作用，實(shí)施時(shí)，鐵粉和表面活性劑對(duì)錳添加 劑原料粉末作用，促使原料粉末在壓力較小的條件下亦能成型，節(jié)省能量。另外，錳的密度 為7. 87g/cm3,鋁的密度為2. 7g/cm3,鐵的密度為5. 6g/cm3,助溶劑的密度通常為0. 9-1. lg/ cm3,因此，錳含量越高，密度越大，現(xiàn)有錳添加劑錳含量最高為85 %，而其密度通常最小也 有5. Og/cm3,若進(jìn)一步減小，則會(huì)裂開(kāi)；然而本發(fā)明中，由于鐵粉和表面活性劑的作用，使得 錳添加劑密度在錳含量達(dá)86 % -97 %的情況下亦可小至3. 0-5. Og/cm3而不會(huì)裂開(kāi)，因此， 相比現(xiàn)有錳添加劑，本發(fā)明的錳添加劑更松散，錳添加劑中各粉末之間的作用力更小，即熔 解分散時(shí)需要的能量更少，分散更容易，熔解更容易，即熔解所需的溫度更低，時(shí)間更短。
[0018] 其次，本發(fā)明錳添加劑熔解于鋁液中時(shí)，鐵粉和助熔劑迅速發(fā)生放熱反應(yīng)，釋放出 大量的熱量，使得錳添加劑各粉末顆粒迅速升溫，從而使得錳添加劑更快地熔解于鋁液中， 且由于反應(yīng)本身會(huì)放出大量的熱量，使得錳粉能在較低的溫度下便可溶解于鋁液中，熔解 溫度低，熔解時(shí)間短。且鐵粉和表面活性劑可使得錳添加劑粉末逐漸散開(kāi)，而散開(kāi)的粉末顆 粒隨及便可溶解于鋁液中，再加上各原料粉末在惰性氣體保護(hù)下粉碎，進(jìn)入粉末內(nèi)部的氧 少，因此緩慢散開(kāi)時(shí)