一種鋁合金用的鋁鈧鋯中間合金及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁合金用的鋁鈧鋯中間合金及其生產(chǎn)方法，所述鋁鈧鋯中間合金質(zhì)量組成為：2wt%的Sc和1?2wt%的Zr，余量為Al。本發(fā)明的有益效果是，該鋁鈧鋯中間合金可以代替鋁鈧中間合金，降低了生產(chǎn)成本，在鋁合金中添加鋁鈧鋯中間合金后，強化效果更好。
【專利說明】
一種鋁合金用的鋁鈧鋯中間合金及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋁合金用的鋁鈧鋯中間合金及其生產(chǎn)方法，屬于鋁合金材料制造 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金鑄造中為引入其他金屬材料，常用的加入方式為中間合金，如A1-10RE，該 中間合金采用對摻法生產(chǎn)，產(chǎn)品中存在許多高熔點的化合物，使用過程中容易造成成分不 均勻。稀土在鋁合金中的加入量0.2-0.6%，同樣Zr在0.01-0.2%，Ti在0.005-0.1之間，過 多則有害。但稀土金屬活潑，容易燒損，存在效果時有時無的問題，不穩(wěn)定，其效果同加入方 式、工藝控制有極大的關(guān)系。
[0003] 眾所周知，Sc是一種最好A1合金變質(zhì)元素，在輕質(zhì)高強度鋁合金7075中，加入鈧可 大幅度改善合金抗拉強度，焊接，耐蝕性能。由于鈧的價格高，大量的使用導(dǎo)致成本上升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，降低鋁合金制造工藝中鈧的使用，尋找一種可以部分 代替鈧的變質(zhì)元素以形成中間合金。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種鋁合金用的鋁鈧鋯中間合金，所述鋁鈧鋯中間合 金含2wt%的Sc和l-2wt%的Zr，余量為A1。
[0006] 進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種所述鋁鈧鋯中間合金的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
[0007] 將質(zhì)量比為1: (0.1-0.3)的純鋁和復(fù)合變質(zhì)劑放入爐中加熱至熔化，然后在850-900°C下保溫20-60分鐘;倒出浮渣，金屬液冷卻得到鋁鈧鋯中間合金；
[0008] 所述復(fù)合變質(zhì)劑中各成分的質(zhì)量組成為：l〇-17%Sc2〇3、5-15%Zr〇2、4-8%NaF、 25-36 % KC1、37-45 % NH4F、2-7 % CaCl2。
[0009] 進(jìn)一步地，所述純鋁為純度大于99.8 %的鋁。
[0010]由于鈧價格高，加入鈧的同時，加入鋯，用Zr替代部分Sc。研究發(fā)現(xiàn)在加入Sc的同 時，加入Zr其綜合性能不低于單獨加鈧，同時可降低鈧的加量，降低成本，有利于產(chǎn)業(yè)商業(yè) 化。研究表明鋯替代鈧30-50%，效果最好，過多的鋯，會形成粗大的Al 3Zr相，降低鋯效果。 在錯合金材料中添加鈧錯的含量分別不超過0.3%，如果總元素含量超過元素添加上限，則 會形成粗大的初生Al 3(ScZr)相，降低了強化效果。在鋁合金中加入鈧鋯，可形成Al3(ScZr) 粒子，該粒子成為形核質(zhì)點，細(xì)化晶粒，并且抑制回復(fù)再結(jié)晶發(fā)生，強化合金。Al 3(ScZr)為 球殼結(jié)構(gòu)，球核富鈧，外層富鋯，相比鈧原子，鋯原子具有更低的擴散系數(shù)，因此，Al3(ScZr) 粒子比Al 3Sc粒子更穩(wěn)定。在AIZnMgCu高強度合金中，在高強輕量化的要求下，加入0.2%的 Sc、0.1%Zr即可將抗拉強度從500Mpa提升到700Mpa。再結(jié)晶升溫T從400°C上升至550°C。材 料保持好的高溫強度，鋁替代鋼成為可能。該合金材料在航空航天、高速列車、汽車等領(lǐng)域 得到廣泛應(yīng)用。這些材料合金都采用Sc且添加Zr，構(gòu)成ScZr合金復(fù)合強化。加入AlScZr合金 與單獨加入Al-2Sc和Al-10Zr相比，可減少成分的不均勻性，并有利于減少生產(chǎn)成本。本發(fā) 明生產(chǎn)的Al-2Sc-(l-2)Zr合金具有如下特點，
[0011] 由于采用（ScZr)2〇3混合物，從氧氯化鋯生產(chǎn)的酸液提取的氧化鈧，不用分離其中 的雜質(zhì)鋯，原料不需要高純Sc 2〇3。而現(xiàn)有AISc生產(chǎn)采用高純氧化鈧，AlZr生產(chǎn)采用的是 K2ZrF6，存在價格高的缺陷。
[0012] 生產(chǎn)方法采用熔鹽先預(yù)反應(yīng)，做成復(fù)合添加劑，再通過鋁還原（ScZr)F3,生產(chǎn)A1-2Sc-(l-2)Zr合金。ScZr在鋁合金中的溶解度小，含量高時，容易造成偏聚，本發(fā)明由于采用 水冷模加速凝固，生成的Al 3(Sc+Zr)相細(xì)小、均勻。在鋁合金中添加強化效果更好，克服了 其它未快速凝固生產(chǎn)Al-2Sc、Al-10Zr的產(chǎn)品晶粒粗大，錠子成分不均勻性、效果差異大缺 點。
[0013] 合金生產(chǎn)采用石墨坩堝、非真空爐，熔化溫度T = 660~900°C，保溫T = 850~900 °C，保溫時間 0.5h，攪拌均勻，反應(yīng)如下：ZrF4+4Al-Al3Zr+AlF3; ScF3+A1 -A12Sc3+A1F。還原 出來的Sc，Zr進(jìn)入A1溶液中；倒出浮渣，水冷鐵模鑄錠，得到含A1 -2Sc- (1 -2) Zr的二元中間 合金。Sc、Zr的收率為90%。
[0014]采用復(fù)合變質(zhì)劑與鋁還原法生產(chǎn)，調(diào)整不同熔鹽成分配比，改善（ScZr)2〇3在熔鹽 中的溶解度，流動性，熔鹽熔點，從而降低還原溫度到850-900度，金屬收率90%以上。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是，該鋁鈧鋯中間合金可以代替鋁鈧中間合金，降低了生產(chǎn)成 本，在鋁合金中添加鋁鈧鋯中間合金后，強化效果更好。
【具體實施方式】
[0016] 特別說明：本發(fā)明為表示簡便，采用行業(yè)內(nèi)常用的表示方法。百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分 數(shù)，合金的表達(dá)式中，數(shù)字表示相應(yīng)成分占合金的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，未標(biāo)數(shù)字的表示對應(yīng)成分的 具體含量未知，"-"表不分隔符號，并無實際意義；如41-25〇-121~，表不錯合金中含2%的5〇 和1 %的Zr ;Al-2Sc-( l-2)Zr表示鋁合金中含2wt%的Sc和l-2wt%的Zr。類推適用。
[0017] 實施例i
[0018] Al-2Sc-lZr中間合金及其鋁合金的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
[0019] 1 ?原料采用45kgSc2〇3(含5kgZr〇2)，13kgZr〇2,15kgNaF，80kgKCl，100kgNH4F， 13kgCaCl 2。將上述料先在塑料盆中混合，然后放入石墨坩鍋中。熔化爐加熱，在T = 300°C左 右停留30分，然后再升溫至500°C，保溫30分，攪拌均勻，注入鐵模中，冷卻至室溫，得到復(fù)合 變質(zhì)劑174kg。
[0020] 2.將上復(fù)合變質(zhì)劑與1200kgAl -同放入石墨坩堝中，A1/復(fù)合變質(zhì)劑=1:0.145。 電爐熔煉，恪化溫度T = 800°C，保溫T = 850°C，保溫時區(qū)lh，攪拌均勻。
[0021] 3.倒出浮渣，水冷鐵模鑄錠，得到含2 % Sc、1 % Zr的A1中間合金1228kg。
[0022] 4.加入AIZnMg合金中，制備得到AlZnMg-0.2Sc-0.1 Zr合金，性能見表1 [0023] 實施例2
[0024] Al-2Sc-2Zr中間合金及其鋁合金的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：，
[0025] 1 ?原料采用42kgSc2〇3(含2kgZr〇2)，34kgZr〇2，22kgNaF，lOOkgKCl，145kgNH4F， 17kgCaCl2。將上述料先在塑料盆中混合，然后放入石墨坩鍋中。熔化爐加熱，在T = 200°C左 右停留lh，然后再升溫至600°C，保溫30分鐘，攪拌均勻，注入鐵模中，冷卻至室溫，得到復(fù)合 變質(zhì)劑220kg。
[0026] 2.將上述復(fù)合變質(zhì)劑與1200kgAl-同放入石墨；t甘堝中，A1/復(fù)合變質(zhì)劑=1:0.18。 電爐熔煉，熔化溫度T = 800°C，保溫T = 900°C，保溫時區(qū)0.5h，攪拌均勻，
[0027] 3.倒出浮渣，水冷鐵模鑄錠，得到含2 % Sc、2 % Zr的A1中間合金1236kg。
[0028] 4?加入AIZnMg合金中，制備得到AlZnMg-0 ? ISc-O ? IZr合金，性能見表1。
[0029] 對比例
[0030] A1-2SC中間合金及其鋁合金的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
[0031] 1 ?原料采用40kgSc2〇3，15kgNaF，60kgKCl，80kgNH4F，15kgCaC12。將上述料先在塑 料盆中混合，然后放入石墨坩鍋中。熔化爐加熱，在T = 300°C左右停留2h，然后再升溫至600 °C，保溫60分鐘，攪拌均勻，注入鐵模中，冷卻至室溫，得到復(fù)合變質(zhì)劑150kg。
[0032] 2.將上述復(fù)合變質(zhì)劑與lOOOkgAl -同放入石墨坩堝中，A1/復(fù)合變質(zhì)劑= 1:0.15。 電爐熔煉，熔化溫度T = 800°C，保溫T = 900°C，保溫時區(qū)0.5h，攪拌均勻 [0033] 3.倒出浮渣，水冷鐵模鑄錠，得到含2% Sc的鋁鈧中間合金1020kg。
[0034] 4.加入AIZnMg合金中，按AlZnMg-0.2Sc得到的合金性能見表1。
[0035]表 1
【主權(quán)項】
1. 一種鋁合金用的鋁鈧鋯中間合金，其特征在于，所述鋁鈧鋯中間合金的質(zhì)量組成為： 2wt%的Sc和l_2wt%的Zr，余量為A1。2. -種如權(quán)利要求1所述鋁鈧鋯中間合金的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括以下步驟： 將質(zhì)量比為1:(0.1-0.3)的純鋁和復(fù)合變質(zhì)劑放入爐中加熱至熔化，然后在850-900°C 下保溫20-60分鐘;倒出浮渣，金屬液冷卻得到鋁鈧鋯中間合金； 所述復(fù)合變質(zhì)劑中各成分的質(zhì)量組成為： Sc2〇3 10-17% Zr〇2 5-15% NaF 4-8% KC1 25-36% NH4F 37-45% CaCh 2-7% 〇3. 如權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述純鋁為純度大于99.8%的鋁。
【文檔編號】C22C21/00GK105821260SQ201610341298
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】陳衛(wèi)平, 陳青松, 錢曉泰, 王曉平, 胡雙
【申請人】湖南東方鈧業(yè)股份有限公司