一种铝合金用复合变质剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铝合金用复合变质剂及其制备方法。按重量份，所述铝合金变质剂包括1份的成分A，0.1‑1份的成分B和3‑9份的成分C；所述成分A选自稀土氧化物的一种或多种组合；所述成分B选自ZrO2和TiO2中的一种或两种组合；所述成分C由重量比为1:(3‑5):(4‑6):(0.5‑1.2)的NaF、KCl、NH4F和CaCl2组成的混合盐。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金用复合变质剂及其制备方法
本专利技术涉及一种铝合金用复合变质剂及其制备方法，属于铝合金材料铸造领域。
技术介绍
铝合金材料熔炼中，添加变质剂是一种常用改性手段，通过在其熔炼过程中添加少量的变质剂，来改善其铸造组织、缺陷，清除有害元素的影响，同时改善合金的性能，如抗拉强度、延展率、导电率、加工性能等。常用的变质剂有:AlTiB、AlZr、AlSc、AlRE、AlSr等，使用最多为AlTiB，主要是细化晶粒，但使用过量或废铝料重复使用时。其中的硼化物容易聚集，造成中毒或失效，因此有人用AlTiC，以C替代B。RE表示稀土元素。稀土是一种很好的变质剂，可改善铝合金铸造组织及加工性能，特别是Sc元素是大家公认最好的变质元素，因为钪的比重2.9g/cm3，接近铝的比重2.7g/cm3，钪元素与铝元素共格，钪具有稀土和过渡金属性质，稀土和过渡金属都被用来做铝变质剂，提高铝合金的强度，延伸率，改善铸造和加工性能。但是单独使用Sc存在的问题是成本高。常用的加入方式为中间合金，如Al-10RE，该中间合金采用对掺法生产，产品中存在许多高熔点的化合物，使用过程中容易造成成分不均匀。稀土在铝合金中的加入量0.1-0.6%，同样Zr在0.01-0.2%，Ti在0.005-0.1之间，过多则有害。但稀土金属活泼，容易烧损，存在效果时有时无的问题，不稳定，其效果同加入方式、工艺控制有极大的关系。
技术实现思路
本专利技术克服上述不足，将稀土与过渡金属元素Ti、Zr的不同作用结合起来，用其他稀土及钛锆取代钪。本专利技术通过选取不同的化合物及组合，以适用不同的用途及低的成本需要，同时控制铝合金中进入的RE，Zr，Ti量在0.01-0.5%范围。本专利技术的技术方案是，提供一种复合变质剂，按重量份，所述复合变质剂包括1份的成分A，0.1-1份的成分B和3-9份的成分C；所述成分A选自稀土氧化物的一种或多种组合；所述成分B选自ZrO2和TiO2中的一种或两种组合；所述成分C由重量比为1:(3-5):(4-6):(0.5-1.2)的NaF、KCl、NH4F和CaCl2组成。进一步地，所述稀土氧化物选自CeO2，Y2O3、Gd2O3、Nd2O3和Sc2O3。进一步地，所述成分C由重量比为1:(3-4):(4-6):(0.5-1.2)的NaF、KCl、NH4F和CaCl2组成的混合盐。进一步地，本专利技术提供复合变质剂的制备方法，将成分A、B和C按比例称重，混合，加入石墨坩埚中，中频感应炉或电阻炉加热，升温至200-300℃保温1-3h，然后再升温至300～600℃，保温0.5-3h，搅拌均匀；注入钢模或石墨坩埚中冷却得到复合变质剂。本专利技术进一步提供一种铝合金，在待变质处理的铝合金中加入所述复合变质剂后，经变质处理后得到所述铝合金，所述待变质处理的铝合金与加入的复合变质剂的重量比为100:1-5。本专利技术的变质原理是：RE2O3，ZrO2，TiO2与NH4F反应生成REF3，ZrF4，TiF4，混合盐构成溶解氧化物体系，通过混合盐预反应，然后加入铝液中，铝直接原位还原REF3，ZrF4，TiF4，还原元素RE，Zr，Ti与铝合金化，实现变质。由于成分均匀，晶粒细小，强化效果更好。其中NaF，NH4F是氟化剂，KCl和CaCl2降低复盐熔点，改进流动性，同时增进RE2O3，ZrO2，TiO2的熔解，共同构成复盐体系。过渡族元素Ti，Zr有很好的变质效果，它与稀土的变质作用还有所不同，稀土主有是偏重除气除杂，增加过冷度，而Ti，Zr主要是形成Al3(TiZr)相，细化晶粒，沉淀强化。复合变质剂在Al合金熔炼过程中，铝热还原，使RE、Ti，Zr等进入Al液中，达到变质的作用。采用化合物的形式加入，效果及成本比单独加中间合金更好，也是本专利技术的改进目的之一。RE、Zr、Ti变质元素进入铝合金量控制在0.01-0.5%范围，过多则有害，因此铝合金中复合变质剂的加入量为金属总重量的1-5%。本专利技术的有益效果是，利用ZrO2，TiO2全部或部分取代钪，可以降低成本；此复合变质剂的变质效果好。附图说明图1表示未加复合变质剂的铸造组织照片。图2表示加入实施例2的复合变质剂的铸造组织照片。具体实施方式特别说明：本专利技术为表示简便，采用行业内常用的表示方法。百分数均为质量百分数，合金的表达式中，数字表示相应成分占合金的质量百分数，未标数字的表示对应成分的具体含量未知，“-”表示分隔符号，并无实际意义；如Al-Zn-Mg-0.2Sc-0.1Zr，表示Al-Zn-Mg合金中含0.2%的Sc和0.1%的Zr。类推适用。下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1A选取40kgSc2O3，B选取18kgZrO2，C选取20kgNaF、80kgKCl、100kgNH4F、13kgCaCl2；将上述A、B，C料先混合，然后加入石墨坩锅中。电炉加热，在T=300℃左右停留60分钟，然后再升温至500℃，保温180分钟，搅拌均匀，注入铁模中成块状，冷却至室温，取出，称重，塑料袋密封包装。得到含ScZr（质量比：Sc/Zr=2/1）的复合变质剂。应用：在AlZnMg合金中按总重加入重量为该合金重量1.4%的复合变质剂，经熔炼得到Al-Zn-Mg-0.2Sc-0.1Zr合金，经热轧冷轧，热处理，其抗拉强度556Mpa，而同样条件下未加复合变质剂的Al-Zn-Mg合金抗拉强度498Mpa，提高58Mpa。实施例2A选取60kg（La2O3/CeO2=1/2），B选取10kgTiO2，C选取17kgNaF、68kgKCl、85kgNH4F、10kgCaCl2；将上述A、B，C料先混合，然后加入石墨坩锅中。电炉加热，在T=300℃左右停留90分钟，然后再升温至600℃，保温120分钟，搅拌均匀，注入铁模中成块状，冷却至室温，取出，称重，塑料袋密封包装。得到含La、Ce、Ti｛质量比：（La+Ce）/Ti=9/1｝的复合变质剂。应用：在AlSi（6Si-3.8Cu-0.8Zn-0.5Mn-0.2Mg-Al）合金中加入重量为该合金重量3%的复合变质剂，经熔炼得到AlSi-0.67(LaCe)-0.075Ti合金，其铸造组织照片见图2（图1为未加复合变质剂的铸造组织照片），晶粒组织明显细化，性能得到改善，其抗拉强度205Mpa，延伸率7.5%，而同样条件下未加的AlSi合金抗拉强度157Mpa，延伸率2.6%。实施例3A选取20kgY2O3，B选取20kg（ZrO2/TiO2=1），C选取15kgNaF、60kgKCl、90kgNH4F、10kgCaCl2；将上述A、B，C料先混合，然后加入石墨坩锅中。电炉加热，在T=200℃左右停留120分钟，然后再升温至550℃，保温180分钟，搅拌均匀，注入铁模中成块状，冷却至室温，取出，称重，塑料袋密封包装。得到含（Y/Ti/Zr=3/1/2）的复合变质剂。实施例4A选取30kgNd2O3，B选取10kgZrO2，C选取12kgNaF、50kgKCl、50kgNH4F、12kgCaCl2；将上述A、B，C料先混合，然后加入石墨坩锅中。电炉加热，在T=200℃左右停留180分钟，然后再升温至500℃，保温120分钟，搅拌均匀，注入铁模中成块状，冷却至室温，取出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金用复合变质剂，其特征在于，按重量份，所述复合变质剂包括1份的成分A，0.1‑1份的成分B和3‑9份的成分C；所述成分A选自稀土氧化物中的一种或多种组合；所述成分B选自ZrO2和TiO2中的一种或两种组合；所述成分C由重量比为1:(3‑5):(4‑6):(0.5‑1.2)的NaF、KCl、NH4F和CaCl2组成的混合盐。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金用复合变质剂，其特征在于，按重量份，所述复合变质剂包括1份的成分A，0.1-1份的成分B和3-9份的成分C；所述成分A选自稀土氧化物中的一种或多种组合；所述成分B选自ZrO2和TiO2中的一种或两种组合；所述成分C由重量比为1:(3-5):(4-6):(0.5-1.2)的NaF、KCl、NH4F和CaCl2组成的混合盐。2.如权利要求1所述的复合变质剂，其特征在于，所述稀土氧化物选自CeO2，Y2O3、Gd2O3、Nd2O3和Sc2O3。3.如权利要求1所述的复合变质剂，其特征在于，所述成分C由重量比为1:(3-4):(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫平，柳术平，钱晓泰，王晓平，陈青松，胡双，兰天翔，
申请(专利权)人：湖南东方钪业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43