專利名稱：一種稀土鋁硅鈦合金的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種稀土鋁硅鈦合金的生產(chǎn)方法。
鋁硅鑄造合金的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法是用純金屬熔融配制，即對(duì)摻法。含鈦和稀土的鋁硅鈦合金則是用純鋁純硅熔配成鋁硅中間合金，然后再加少量鈦和稀土。由于這幾種純金屬制取過(guò)程復(fù)雜，使得合金的生產(chǎn)流程長(zhǎng)、成本高、能耗大。為了降低含鈦鋁硅合金的生產(chǎn)成本，專利申請(qǐng)?zhí)枮?4116235.4的發(fā)明專利提出在鋁電解槽中以除鐵含硅鈦氧化鋁為原料直接生產(chǎn)鋁硅鈦合金工藝。這種直接電解法生產(chǎn)鋁硅鈦合金應(yīng)該比對(duì)摻法帶來(lái)更大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，但沒(méi)有推廣應(yīng)用的原因是在電解過(guò)程中大量氧化硅的存在，導(dǎo)致電流效率大大降低，陽(yáng)極氧化嚴(yán)重，不能進(jìn)行正常工業(yè)生產(chǎn)，抵消了由于采用直接電解法帶來(lái)的好處。直到目前我國(guó)含鈦鑄造鋁硅合金的品種仍然較少，且采用對(duì)摻法生產(chǎn)成本較高。
一種稀土鋁硅鈦合金的生產(chǎn)方法，該方法采用熔鹽電解和粉末噴射技術(shù)聯(lián)合法生產(chǎn)方法，以含鈦化合物包括氧化鈦與氟化鈦和混合稀土化合物為原料，在工業(yè)電解槽上直接生產(chǎn)出稀土鋁鈦合金，然后在真空包或混合爐中用粉末噴射技術(shù)加入硅粉，從而得到各種牌號(hào)的稀土鋁硅鈦合金。生產(chǎn)步驟如下1.使用的電解槽為工業(yè)用自焙槽或預(yù)焙槽，氧化鋁、含鈦化合物包括氧化鈦與氟化鈦及混合稀土碳酸鹽為電解原料；2.將以上原料用于工業(yè)鋁電解槽，在冰晶石體系的電解質(zhì)中直接電解生產(chǎn)含稀土和鈦的鋁合金，冰晶石體系電解質(zhì)的配比為電解質(zhì)中氟化鈉和氟化鋁的量比為2～2.7，冰晶石70～95％，氟化鈣3～6％，氟化鎂0～10％，氟化鋰0～10％，氯化鈉0～10％；3.工業(yè)電解槽操作控制參數(shù)為電解溫度930～970℃，工作電壓4～6V，電極距離3.5～5cm，電解質(zhì)中氧化鋁濃度為3～5％，按一定的比例添加含鈦化合物0.3～4％包括氧化鈦與氟化鈦和碳酸稀土混合物0.1～2％；4.在真空包或混合爐的液態(tài)稀土鋁鈦合金中利用專用設(shè)備采用粉末噴射技術(shù)，以氮?dú)饣驓鍤庾鳛檩d體將硅粉帶入鋁熔體內(nèi)，制得各種牌號(hào)的含鈦和稀土的鑄造鋁硅合金材料，硅粉顆粒尺寸為0.1～0.4mm，真空包或混合爐的保溫溫度為850～910℃，氮?dú)饣驓鍤庥昧繛?0～20L/kg硅粉，氣流量為550～850L/min，給料率為40～50kg/min。用本發(fā)明生產(chǎn)的稀土鋁硅鈦合金主要成分范圍為稀土0.1～0.5％、鈦0.2～1％、硅8～13％，其余為鋁和其他微量雜質(zhì)。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下特點(diǎn)1.本方法電解技術(shù)可降低生產(chǎn)稀土鋁硅鈦合金成本，硅粉末噴射技術(shù)能使硅的實(shí)收率高，可達(dá)到98％以上，硅含量控制準(zhǔn)確，保溫時(shí)間短，熔體成分均勻，易實(shí)現(xiàn)合金化的自動(dòng)操作，減少環(huán)境污染，最主要的特點(diǎn)是避免了直接在電解槽中生產(chǎn)含硅鋁合金時(shí)加入的氧化硅對(duì)電流效率和生產(chǎn)工藝造成的不利影響；2.本發(fā)明方法具有靈活性，在第一步生產(chǎn)出稀土鈦鋁合金后，根據(jù)市場(chǎng)需求，既能加高含量硅生產(chǎn)高強(qiáng)度耐磨合金，又可加鎂和低含量硅生產(chǎn)稀土鋁導(dǎo)線。產(chǎn)業(yè)化投資少，仍然使用原來(lái)電解設(shè)備，只是投資購(gòu)置噴射硅粉設(shè)備；3.本發(fā)明生產(chǎn)的稀土鋁硅鈦合金鑄造鋁硅合金中與相同成分的鋁硅合金相比，可以使高溫強(qiáng)度提高30％以上；耐磨性提高3～4倍，使用壽命延長(zhǎng)4倍左右；熱膨脹系數(shù)下降20％左右，使活塞與缸套的間隙減小50％，而活塞與缸套間隙的減少有利于汽車等運(yùn)輸工具的節(jié)能和降低煙氣的排放量。我國(guó)汽車、輪船、拖拉機(jī)等工業(yè)的發(fā)展急需開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)這種具有高耐磨性和高熱穩(wěn)定性的鑄造稀土鋁硅鈦合金材料，提高內(nèi)燃機(jī)車機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車性能，特別是轎車的性能，增強(qiáng)在國(guó)際上競(jìng)爭(zhēng)能力。
實(shí)施例2在70kA預(yù)焙陽(yáng)極電解槽上用本發(fā)明制備稀土鋁硅鈦合金1.將氧化鈦或氟化鈦、混合稀土碳酸鹽和氧化鋁為原料用于70kA預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，冰晶石體系電解質(zhì)的配比為電解質(zhì)中氟化鈉和氟化鋁的量比為2.2，冰晶石85％，氟化鈣3％；2.工業(yè)電解槽操作控制參數(shù)為電流強(qiáng)度70000安培，電解溫度945℃，工作電壓4.4V，電極距離4.5cm，電解質(zhì)中氧化鋁濃度為3％，按一定的比例添加含鈦化合物1％，碳酸稀土混合物0.2％；3.在混合爐的液態(tài)稀土鋁鈦合金中利用專用設(shè)備采用粉末噴射技術(shù)，以氬氣作為載體將硅粉帶入鋁熔體內(nèi)，制得各種牌號(hào)的含鈦和稀土的鑄造鋁硅合金材料，硅粉顆粒尺寸為0.3mm，混合爐的保溫溫度為900℃，氬氣用量為18L/kg硅粉，氣流量為620L/min，給料率為48kg/min。用本發(fā)明生產(chǎn)的稀土鋁硅鈦合金主要成分范圍為稀土0.18％、鈦0.5％、硅12％，其余為鋁和其他微量雜質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)稀土鋁硅鈦合金的生產(chǎn)方法，其特征在于(1)電解槽為工業(yè)用自焙槽或預(yù)焙槽，氧化鋁、含鈦化合物包括氧化鈦與氟化鈦及混合稀土碳酸鹽為熔鹽電解原料；(2)將以上原料用于工業(yè)鋁電解槽，在冰晶石體系的電解質(zhì)中直接電解生產(chǎn)含稀土和鈦的鋁合金，冰晶石體系電解質(zhì)的配比為電解質(zhì)中氟化鈉和氟化鋁的量比為2～2.7，冰晶石70～95％，氟化鈣3～6％，氟化鎂0～10％，氟化鋰0～10％，氯化鈉0～10％；(3)工業(yè)電解槽操作控制參數(shù)為電解溫度930～970℃，工作電壓4～6V，電極距離3.5～5cm，電解質(zhì)中氧化鋁濃度為3～5％，按一定的比例添加含鈦化合物0.3～4％，包括氧化鈦與氟化鈦和碳酸稀土混合物0.1～2％；(4)在真空包或混合爐的液態(tài)稀土鋁鈦合金中利用專用設(shè)備采用粉末噴射技術(shù)，以氮?dú)饣驓鍤庾鳛檩d體將硅粉帶入鋁熔體內(nèi)，制得各種牌號(hào)的含鈦和稀土的鑄造鋁硅合金材料，硅粉顆粒尺寸為0.1～0.4mm，真空包或混合爐的保溫溫度為850～910℃，氮?dú)饣驓鍤庥昧繛?0～20L/kg硅粉，氣流量為550～850L/min，給料率為40～50kg/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鋁硅鈦合金的生產(chǎn)方法，其特征在于合金主要成分范圍為稀土0.1～0.5％、鈦0.2～1％、硅8～13％，其余為鋁和其他微量雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種稀土鋁硅鈦合金的生產(chǎn)方法。該方法先在工業(yè)鋁電解槽中隨氧化鋁加入，按一定的比例添加含鈦化合物包括氧化鈦與氟化鈦0.3～4％和碳酸稀土混合物0.1～2％，控制合適的分解電壓4～6v，制備出含鈦0.2～1％和含稀土0.1～0.5％的鋁合金。然后在真空包或混合爐的液態(tài)稀土鋁鈦合金中利用專用設(shè)備采用粉末噴射技術(shù)，以氮?dú)饣驓鍤庾鳛檩d體將硅粉帶入鋁熔體內(nèi)，制得各種牌號(hào)的含鈦和稀土的鑄造鋁硅合金材料。本方法硅含量控制準(zhǔn)確，保溫時(shí)間短，熔體成分均勻，易實(shí)現(xiàn)合金化的自動(dòng)操作，減少環(huán)境污染，可降低生產(chǎn)稀土鋁硅鈦合金成本，提高硅的實(shí)收率，達(dá)到98％以上。最主要的特點(diǎn)是避免了直接在電解槽中生產(chǎn)含硅鋁鈦合金時(shí)加入的氧化硅對(duì)電流效率和生產(chǎn)工藝造成的不利影響。
文檔編號(hào)C25C3/36GK1472366SQ0314632
公開(kāi)日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日
發(fā)明者盧惠民, 馬繼倫, 馬瑞新, 董鴻超 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)