含锂的合金材料制造方法技术

本发明专利技术公开了一种含锂的合金材料制造方法，提供轻质合金材料作为轻量化结构元件的设计应用，其工艺为将合金素材依据需求比例先行熔合成均质的合金汤，接着将合金汤倒入有惰性气体保护并预置有锂材的盛桶中，经过合金汤热流激烈地冲刷、混合，以及锂材于合金汤中的扩散作用，待含有锂材的合金汤混拌均匀后，再倒入铸模中成锭以形成锂合金，进而解决了传统熔炼法因时间过长过热所致污染及成分难掌控的根本问题，是一种新颖的、安全的、经济的、有效率的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合金材料，尤其涉及一种含锂的合金材料的制造方法。
技术介绍
锂材是密度最低的金属(锂的密度为0.534克/立方公分(g/cm3))，使其合金的 密度相对的降低，因而是轻量化结构元件在制作设计时的极佳侯选材料。然而，锂是非常活 泼的元素，熔点又低(锂的熔点为摄氏温度180. 54度CC ))，当受热时极易氧化和挥发，惟 锂合金中所添加的合金元素的熔点，相对于锂高出甚多，故造成锂合金的熔炼异常的困难。锂合金的传统熔炼法是采用真空感应熔炼(Vacuum Induction Melting, VIM)技 术，概分成顺向加料法和逆向加料法两种技术。其中，顺向加料法熔炼技术的步骤为(1-1) 将感应炉抽高真空( ο—1至10_5Pa(帕))，借以清洁感应炉内的腔体；(1-2)将锂块置入坩 埚内，并将此坩埚放置于感应炉腔体内，以小功率感应加热，并持续抽真空以充分排除腔体 内的气体；(1-3)于腔体内注入氩气，并开始提高加热功率，使锂块于高温下熔化，此一高 温达到可将其它合金素材熔合的温度，例如，钛、铝、锰及镁等金属的熔点温度；(1-4)接着 陆续加入合金素材于熔化状态的锂材中进行熔合反应，以形成锂合金汤。由于合金素材的 比重大于锂材，因此，使合金素材直接地下沉到坩埚底部，此时，附着于合金素材表面上的 水气、油渍等杂质，将一并地进入熔化状态的锂材中，使熔化状态的锂材中存在氧、氢或碳 等污染物，进而导致锂氧化物、锂碳化物等化合物在锂合金汤中形成。这里要特别强调的是，这些锂氧化物或锂碳化物的比重与锂合金汤的比重相当， 并且混合于锂合金汤中，因此，无法以重力法将锂氧化物及锂碳化物从锂合金汤中分离出 来，并且，当氢固溶在含锂的合金汤时其活性将更加的安定，故锂合金汤一旦受到污染时， 将极难将这些污染物排除干净；(1-5)欲使沉入坩埚底部的合金素材和熔化状态的锂完全 熔合，只有靠再提升功率拉高温度和延长时间，但是，此种方法不但使锂挥发更多，并使熔 化状态的锂材又吸取更多的污染物，而导致成份失控失败；(1-6)待锂合金汤完全熔合后 (实际上未熔固块沉在埚底是甚难察觉到的)，稍作静置再倒入铸模中成锭，而完成锂合金 的制作。至于逆向加料法的熔炼技术步骤如下(2-1)感应炉仍先抽高真空以尽可能清净 腔体；(2-2)持续抽真空，坩埚内放入高熔点合金素材，先小功率而大功率加热使之熔解， 且维持在相当高温，直到合金素材完全汤化；(2-3)注入氩气再将锂材置入坩埚内，锂材受 高热熔解而飘浮在最上层，是为最易受到污染的地方，然而，因合金素材与锂材比重相差极 为悬殊(密度比约3 20倍)，必须耗用更长的时间熔合，根本上也无法避免因熔制时间过 长、过热所致的污染和成份挥发问题而面临失败；(2-4)待锂合金汤完全熔合后，稍作静置 再倒入铸模中成锭。综上所述，在现有的锂合金熔炼技术中，真空感应熔炼技术由于必需先将锂材加 热至合金素材的熔解温度，并长时间的维持在此一温度以确保于稍候所加入的合金素材完 全熔解。由于锂材与合金素材之间的熔点差异极大，因此，使锂材在此高温环境下挥发，造成锂合金中的锂材含量无法有效的掌控与锂材的浪费。并且，此现有技术是将合金素材直 接加入于熔化状态的锂材中，容易使熔化状态的锂材受到合金素材表面所附着的杂质所污 染，因此，存在锂合金汤中具有污染物，进而导致成份失控使锂合金制作失败的问题。此外，在逆向加料法熔炼技术中，由于锂材与合金素材之间的比重差异极大，因 此，当锂材加入于合金汤时，熔化后的锂材将飘浮于合金汤的最上层，由于锂材无法受到合 金汤的包覆而露出于合金汤表面，因此，使锂材受到污染的风险程度增加。并且，由于锂材 无法沉降至合金汤中，使锂材与合金汤之间无法于短时间内完全的混合均勻，而必须拉长 两者之间的熔合时间才能得到混合均勻的锂合金。因此，现有的锂合金熔炼技术都无法避免因长时间过热所衍生的污染和成份失控 等因素，使整个工艺充满变量，导致锂合金的质量无法有效提升。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种，借以克服现 有锂合金熔炼技术中因长时间过热所衍生的污染和成份失控的缺陷。为实现上述目的，本专利技术揭露一种，其步骤包含⑴将 至少一合金元素放进一真空感应炉的熔炼坩埚内；(2)于真空感应炉中感应加热，令合金 元素熔合为一均勻的合金汤；(3)将此合金汤倒入含有惰性气体保护并预置有锂材的盛桶 中；(4)摇动盛桶，以使合金汤对锂材激烈地冲刷及混合；以及(5)将锂合金熔汤倒进一铸 模中成锭，以形成锂合金。本专利技术所揭露的，其中，步骤(2)是将真空感应炉内抽 高真空，令合金元素于真空环境下进行感应加热。本专利技术所揭露的，其中，步骤(2)是于大气环境下对合 金元素感应加热。本专利技术所揭露的，其中，于步骤(3)之前还包含一预热 盛桶的步骤。本专利技术所揭露的，其中，步骤(4)包含辅以一搅动装置 加强搅拌合金汤及锂材。本专利技术所揭露的，其中，搅动装置为震动器。本专利技术所揭露的，其中，搅动装置为感应线圈。本专利技术所揭露的，其中，合金元素选自由铝、镁、锰、锆、 锌、钛、钪、钇、铜、银及硅所组成的族群其中之一及其混合物。本专利技术所揭露的，其中，合金元素为镁，以熔制一锂镁合金ο本专利技术所揭露的，其中，合金元素为铝，以熔制一锂铝合金ο本专利技术所揭露的，为先将合金元素置入于真空感应炉中 加热熔解以形成合金汤，通过此一步骤使附着于合金元素表面的污染物完全的去除，以避 免锂材受到污染物的污染。然后，再将合金汤倒入于含有惰性气体保护并预置有锂材的盛 桶中，通过合金汤对锂材冲刷、混合，并使锂材受到合金汤包覆，使锂材熔化的同时，于合金汤中产生扩散作用，因此，锂材除了受到合金汤的保护而免于受到污染，并同时使锂材与合 金汤混合均勻以及大幅降低混合时间的目的，而获得高质量的锂合金材料，从而解决了现 有锂材于高温环境下挥发，而造成锂材的浪费及制作完成的锂合金中锂材的成份含量无法 掌控的问题，以及锂材与合金素材熔合时，容易受到杂质的污染，锂合金中含有污染物而导 致锂合金制作失败的问题，并同时解决了锂材与合金素材之间，因为比重差异的关系，而存 在锂材与合金素材无法有效的混合，并需长时间的熔合才能得到均勻熔合的锂合金的问 题。以上的关于本
技术实现思路
的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本专利技术 的原理，并且提供本专利技术的权利要求更进一步的解释。具体实施例方式为实现本专利技术前述目的的技术手段，兹以下列实施例说明<实施例一 > 锂_镁合金的熔炼镁是极重要的轻金属(1.74g/cm3)，若能大量加入锂合金中，愈能保持锂合金的低 密度特性，因此，本专利技术尝试以镁作为与锂混合的主要合金元素。通过本专利技术所揭露的含锂 的合金材料制造方法，首先视需求比例将镁(Mg)、铝(Al)、锌(Zn)、锆(Zr)、钪(Sc)、钇(Y) 等具有高熔点的合金元素依比例配重或选择采用镁做为单一合金元素与锂形成镁锂合金。 于本实施例中是以多个合金元素进行锂合金的制造，并且依比例配重所调配完成的合金元 素混合物，其所具有的比重与熔点大于锂元素。将依比例配重混合后的合金元素放入真空感应熔炼炉的坩埚内，将感应炉抽高真 空(KT1至10_5帕(Pa))，使合金材料处于真空环境中。其中各合金材料的配重比例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含锂的合金材料制造方法，其特征在于，包括步骤：　　步骤１：将至少一合金元素放进一真空感应炉的熔炼坩埚内；　　步骤２：于该真空感应炉中进行感应加热，令该合金元素熔合为一合金汤；　　步骤３：将该合金汤倒入含有惰性气体保护并预置一锂材的一盛桶中；　　步骤４：摇动该盛桶，以使该合金汤对该锂材激烈地冲刷及混合；以及　　步骤５：将该锂合金熔汤倒进一铸模中成锭，以形成一锂合金。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶明堂，戴云城，傅荣顺，陈诗薇，
申请(专利权)人：安立材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]