一种铝锰合金及其粉末冶金成型方法技术

本发明专利技术公开了一种铝锰合金及其粉末冶金成型方法，该铝锰合金按重量比含铝70%‑75%、锰25%‑30%；其粉末冶金成型方法包括①原材料、辅材、工装及设备的准备，②合金的真空感应熔炼，③母合金粉末的制备，④粉末冶金成型等四个步骤。本发明专利技术的铝锰合金杂质含量低、晶粒细、成份均匀、锰含量高，其粉末冶金方法纯净度高、无污染物、无废气、易于控制、质量稳定、成品率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铝合金成型领域，尤其涉及铝锰合金及其粉末冶金成型方法。
技术介绍
目前我国高纯度铝中间合金锭化学成份执行 HB5371-1987 标准，其中规定的铝 锰中间合金 Mn 含量为 9 ～ 11%，主要杂质元素含量要求如下 ：Si ≤ 0.04%，Fe ≤ 0.08%， Mg ≤ 0.05%，其它单个≤ 0.05%，其它总和≤ 0.15%。高纯铝合金生产要求杂质元素越低越好，故此，对使用的高纯铝中间合金也提出了较高的要求。已公布的生产方法采用对掺法，采用原料为 75Mn 剂和电解铝，在熔炉内进行熔化并保温足够时间和采用机械、电磁或人工搅拌后，铸入模中。利用此方法生产的铝锰中间合金存在较大的成份偏析，微量杂质元素含量高等缺点；同时，由于锰含量只有9～11%，因此在使用时中间合金锭的用量会较大，给冶炼带来更大麻烦及偏析可能。在国内已申请的相关专利中，专利《高纯铝锰中间合金的制备方法》（申请号：201110080516.8，公开日：2011-08-24）公开了一种高纯铝锰中间合金的制备方法，但在其生产过程中，由于没有真空环境，除气、除杂质不充分；由于没有对熔炼的坩埚材料进行限制，可能采用常规的铸铁坩埚，这样会导致杂质铁的含量难以控制，由于采用的是非真空熔炼且没有粉末化处理，其原始晶粒不够细化，这就导致最终成品的铝锰合金在作为晶粒细化剂时能提供的形核数量少、分布不均匀、长成的晶粒尺寸大，同时，由于没有采用粉末冶金的方式，无法采用锰过饱合的配比（过饱合的话极易偏析，会导致中间合金锭成分不均匀，应用时称量不准确），因此锰含量低，即产品的效率较低；另一方面，该专利技术采用的方法与常规方法比，仍会产生难以处理废气、废渣，且由于没有采用高效设备，整个工艺过程不易控制、最终制成的铝锰合金质量不稳定。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术旨在提供一种杂质含量低、晶粒细、成份均匀、锰含量高的铝锰合金及纯净度高、无污染物、无废气、易于控制、质量稳定、成品率高的冶金方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种铝锰合金粉末冶金成型方法，包括以下步骤：1）原材料、辅材、工装及设备的准备①按如下重量份准备原材料：纯度不低于99.95%的铝锭70份-75份、纯度不低于99.9%的锰金属粉末25-30份；②准备如下辅材：气体雾化用高纯氩气；③准备如下工装：铜制坩埚，该坩埚内设置有循环水通道；雾化工装，该工装采用陶瓷材料制作；石墨坩埚，该石墨坩埚为下出口坩埚，下出口处设置有出口阀；模具，该模具采用不锈钢制作；④准备如下设备：真空感应熔炼炉，该真空感应熔炼炉内设置有电磁搅拌装置；气体雾化设备；真空热等静压炉；⑤上述所有工装及除真空感应熔炼炉之外的设备均设置在真空感应熔炼炉的炉腔内；2）合金的真空感应熔炼①将1）中步骤①准备的原材料放入石墨坩埚，获得熔池；②将设置在石墨坩埚周围的感应装置与电源接通，待熔池内的原材料熔化后，开启电磁搅拌装置进行除气与均匀化处理，熔池内温度保持为780℃-800℃，保温20min-30min，获得熔炼完成的母合金液；3）母合金粉末的制备①将1）中步骤②准备的气体雾化用高纯氩气气源与1）中步骤④准备的气体雾化设备连接；将1）中步骤③准备的雾化工装安装在气体雾化设备喷气口；将1）中步骤③准备的铜制坩埚固定在与雾化工装出口处气流对应区域，并在铜制坩埚内通入循环水；②开启气源开关、开启气体雾化设备，保持气压5MPa-6MPa；③缓慢打开设置在石墨坩埚下出口处的出口阀，至母合金液呈液滴形态均匀滴落，落入雾化工装上部的管道中；高纯氩气在气压作用下吹散母合金液形成的液滴，形成雾化液，并带着其沿固定轨迹运动，雾化液喷出；④喷出的雾化液沿固定轨迹喷入内部有循环水循环冷却的铜制坩埚，并在铜制坩埚内急冷成细微颗粒，待所有母合金液雾化完毕后，收集铜制坩埚内的细微颗粒，即获得所需母合金粉末；4）粉末冶金成型①将3）中步骤③获得的母合金粉末搅拌均匀后填充满1）中步骤③准备的模具中；②将盛装了母合金粉末的模具放入1）中步骤④准备的真空热等静压炉中；③抽真空至不高于1×10-4Pa，加热至600℃-620℃，加压至210MPa -240Mpa，保持6h-8h；④步骤③完成后，随炉冷却30min-50min后出炉空冷；⑤脱模，即获得所需铝锰合金。根据上述方法获得的铝锰合金，该铝锰合金按重量比含铝70%-75%、锰25%-30%。与现有技术比较，本专利技术由于采用了上述方案，具有以下优点：由于合金熔炼时便采用了真空感应熔炼工艺，真空环境中的低气体压力使冶炼的物理过程发生了改变，有利于气体的脱出，在真空条件下，物质的物理性质会发生改变，沸腾温度会降低；真空条件下，金属熔化时原来夹杂在金属中的气体放出后能很快离开金属熔液被真空泵抽走。原来金属与气体生成的化合物，在熔炼过程中分解放出的气体也很快被真空泵抽走；在真空条件下，温度、粘度、透气性都有改变，随冶炼温度的升高，金属的湿含量降低、粘度降低、透气性变好，使得熔炼过程中气体夹杂物减少，更容易脱气；同时金属在真空中精炼不会形成气孔或中间夹杂；金属杂质或氧化物在真空中形成气体之后其分子直径很小且分散性好，因此在真空中多原子分子倾向于分解成较少原子组成的分子，形成的气体分子很小，粒径一般在1-10nm，容易被真空系统抽走；因此采用真空感应熔炼炉进行的原始熔炼使得母合金内杂质及含气量达到极低的水平，母合金纯净度高；由于是采用的石墨坩埚进行熔炼，不会有新的铁元素及铸铁内含杂质元素进入合金，也保证了母合金的纯净度；由于是与气体雾化工装及设备无缝连接，母合金液又采用的是下出口流出，整个过程中均不会发生二次氧化的现象，再次保证了母合金粉末的纯净度；综上，合金的纯净度得到了最大限度的保障；由于采用了电磁搅拌设备，使熔炼过程中的金属液在真空环境下不断不定向流动，既提高了杂质及气体的排出、上升比例，又均匀化了成份，使母合金液更加均匀，为后续的粉末质量打好了基础；由于采用了专用的雾化工装与水冷铜模，使得保护及雾气气体的出口气压可以达到更高（5MPa-6MPa），并使得气体流动更均匀，雾化程度更高、更细、更均匀，因此能获得不需过筛即足够细化、均匀的母合金粉末，成品率接近100%，同时，无论过饱合度多高，此时也已完全均匀化，不会出现因为成本不均匀而致使用性能不均匀的影响；采用合适的真空热等静压成型，提升了合金的致密程度，进一步降低了气含量，同时也使合金锭的各向异性好，随炉冷却的过程更使得内应力分配均匀，在使用时便不会对形核的均匀性造成影响；由于全程均采用高效设备进行控制，因此本冶金方法易于控制、质量稳定。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图中：石墨坩埚1、熔池2、雾化工装3、气体雾化设备4、高纯氩气5、铜制坩埚6、循环水通道7、感应装置8、出口阀9。具体实施方式实施例1：一种铝锰合金，该铝锰合金按重量比含铝75%、锰25%。该铝锰合金粉末冶金成型方法，包括以下步骤：1）原材料、辅材、工装及设备的准备①按如下重量份准备原材料：纯度不低于99.95%的铝锭75份、纯度不低于99.9%的锰金属粉末25份；②准备如下辅材：气体雾化用高纯氩气5；③准备如下工装：铜制坩埚6，该坩埚内设置有循环水通道7；雾化工装3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝锰合金粉末冶金成型方法，其特征在于包括以下步骤：1）原材料、辅材、工装及设备的准备①按如下重量份准备原材料：纯度不低于99.95%的铝锭70份‑75份、纯度不低于99.9%的锰金属粉末25‑30份；②准备如下辅材：气体雾化用高纯氩气(5)；③准备如下工装：铜制坩埚(6)，该坩埚内设置有循环水通道(7)；雾化工装(3)，该工装采用陶瓷材料制作；石墨坩埚(1)，该石墨坩埚为下出口坩埚，下出口处设置有出口阀(9)；模具，该模具采用不锈钢制作；④准备如下设备：气体雾化设备(4)；真空热等静压炉；真空感应熔炼炉，该真空感应熔炼炉内设置有电磁搅拌装置；⑤上述所有工装及除真空感应熔炼炉之外的设备均设置在真空感应熔炼炉的炉腔内；2）合金的真空感应熔炼①将1）中步骤①准备的原材料放入石墨坩埚(1)，获得熔池(2)；②将设置在石墨坩埚(1)周围的感应装置(8)与电源接通，待熔池(2)内的原材料熔化后，开启电磁搅拌装置进行除气与均匀化处理，熔池(2)内温度保持为780℃‑800℃，保温20min‑30min，获得熔炼完成的母合金液；3）母合金粉末的制备①将1）中步骤②准备的气体雾化用高纯氩气(5)气源与1）中步骤④准备的气体雾化设备(4)连接；将1）中步骤③准备的雾化工装(3)安装在气体雾化设备(4)喷气口；将1）中步骤③准备的铜制坩埚(6)固定在与雾化工装(3)出口处气流对应区域，并在铜制坩埚(6)内通入循环水；②开启气源开关、开启气体雾化设备(4)，保持气压5MPa‑6MPa；③缓慢打开设置在石墨坩埚(1)下出口处的出口阀(9)，至母合金液呈液滴形态均匀滴落，落入雾化工装(3)上部的管道中；高纯氩气(5)在气压作用下吹散母合金液形成的液滴，形成雾化液，并带着其沿固定轨迹运动，雾化液喷出；④喷出的雾化液沿固定轨迹喷入内部有循环水循环冷却的铜制坩埚(6)，并在铜制坩埚(6)内急冷成细微颗粒，待所有母合金液雾化完毕后，收集铜制坩埚(6)内的细微颗粒，即获得所需母合金粉末；4）粉末冶金成型①将3）中步骤③获得的母合金粉末搅拌均匀后填充满1）中步骤③准备的模具中；②将盛装了母合金粉末的模具放入1）中步骤④准备的真空热等静压炉中；③抽真空至不高于1×10‑4Pa，加热至600℃‑620℃，加压至210MPa ‑240Mpa，保持6h‑8h；④步骤③完成后，随炉冷却30min‑50min后出炉空冷；⑤脱模，即获得所需铝锰合金。...

【技术特征摘要】
1.一种铝锰合金粉末冶金成型方法，其特征在于包括以下步骤：1）原材料、辅材、工装及设备的准备①按如下重量份准备原材料：纯度不低于99.95%的铝锭70份-75份、纯度不低于99.9%的锰金属粉末25-30份；②准备如下辅材：气体雾化用高纯氩气(5)；③准备如下工装：铜制坩埚(6)，该坩埚内设置有循环水通道(7)；雾化工装(3)，该工装采用陶瓷材料制作；石墨坩埚(1)，该石墨坩埚为下出口坩埚，下出口处设置有出口阀(9)；模具，该模具采用不锈钢制作；④准备如下设备：气体雾化设备(4)；真空热等静压炉；真空感应熔炼炉，该真空感应熔炼炉内设置有电磁搅拌装置；⑤上述所有工装及除真空感应熔炼炉之外的设备均设置在真空感应熔炼炉的炉腔内；2）合金的真空感应熔炼①将1）中步骤①准备的原材料放入石墨坩埚(1)，获得熔池(2)；②将设置在石墨坩埚(1)周围的感应装置(8)与电源接通，待熔池(2)内的原材料熔化后，开启电磁搅拌装置进行除气与均匀化处理，熔池(2)内温度保持为780℃-800℃，保温20min-30min，获得熔炼完成的母合金液；3）母合金粉末的制备①将1）中步骤②准备的气体雾化用高纯氩气(5)气源与1）中步骤④准备的气体雾化设备(4)连接；将1）中步骤③准备的雾...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢石华，
申请(专利权)人：江苏华企铝业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32