一種氰基配合物處理的鋁合金材料及其製備方法
2023-09-24 04:37:20
專利名稱：一種氰基配合物處理的鋁合金材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於鋁合金材料領域，涉及一種氰基配合物處理的鋁合金材料及其製備方法。
背景技術：
鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀初才開始工業應用。第二次世界大戰期間，鋁材主要用於製造軍用飛機。戰後，由於軍事工業對鋁材的需求量驟減，鋁工業界便著手開發民用鋁合金，使其應用範圍由航空工業擴展到建築業、容器包裝業、交通運輸業、電力和電子工業、機械製造業和石油化工等國民經濟各部門，應用到人們的日常生活當中。現在，鋁材的用量之多，範圍之廣，僅次於鋼鐵，成為第二大金屬材料。從製造業和鋁合金製品的角度，習慣上把高強度鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類；從製品可用的溫度條件劃分，高強度鋁合金又分為普通鋁合金和高溫(或耐熱)鋁合金。到目前為止，能夠滿足高溫高強需要的，只有Al-Cu系鋁合金，從牌號系列上講，Al-Cu系合金包括鑄造鋁合金和變形鋁合金，而不論鑄造還是變形，都屬於2系鋁合金；而能夠同時滿足鑄造性能好又容易進行變形加工的高溫高強度鋁合金，還沒有見公開報導過。一般鑄造招合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4個系列，其中以AlCu系和AlZn系鋁合金的強度最高，但多數在200Mpa 300Mpa之間，高於400Mpa的只有AlCu系的少數幾個牌號，但因採用精鋁基體且加入貴重元素，製造成本很高;AlZn系鑄造合金的耐熱性能很差。因此，一般鑄造鋁合金與變形鋁合金相比因強韌性稍遜使其應用範圍受到較大的限制。許多重要用途如特種重載車負重輪、航空用鋁合金等多採用變形鋁合金，而不是鑄造鋁合金。變形鋁合金通過擠壓 、軋制、鍛造等手段減少了缺陷，細化了晶粒，提高了緻密度，因而具有很高的強度、優良的韌性以及良好的使用性能。但是，對設備和工裝模具要求高，工序多，因此變形鋁合金生產周期長、成本很高。與變形鋁合金相比，鑄造鋁合金具有價格低廉、組織各向同性、可以獲得特殊的組織、易於生產形狀複雜的零件、可以小批量生產也可以大批量生產等諸多優點。因此，開發出能夠替代部分變形鋁合金的高強韌鑄造鋁合金材料及其鑄造成形工藝，可以達到以鑄代鍛、縮短製造周期、降低製造成本的目的，具有重要的理論意義和重大的實際應用價值。但是鑄造鋁合金存在鑄造生產過程中，由於化學成分、裝備、工藝或操作不當及外界條件的影響，會出現各種缺陷。例如鑄鋁合金中針孔是常見缺陷。當鋁合金在熔煉和澆注過程中，合金液可溶解較多的氫，在常壓下氫的溶解度隨著合金液溫度的升高而增大，隨著溫度的下降而減少；由於溼模中局部水分過高；砂型、型芯和塗料中發氣量大；液態金屬的某些成分之間，或液態金屬與鑄型在在界面上發生化學反應產生的氣體而透氣性又差；或冷鐵表面未處理乾淨等，就很容易形成皮下氣孔；鋁合金液在凝固過程中，當體積收縮得不到補縮時，在鑄件最後的凝固部位便形成管狀或枝叉狀等孔洞，稱為縮孔；疏鬆和縮松以及偏析等等。由於這些缺陷的存在，合金緻密性降低，力學性能下降。
發明內容
本發明的要解決的技術問題是目前鑄造鋁合金中存在針孔、氣孔、疏鬆和縮松、偏析等缺陷，本發明以一種氰基配合物處理的鋁合金，其存在的各種缺陷明顯降低。本發明的一種氰基配合物處理的鋁合金材料，以質量分數計，該合金成分為Cu 1.0 3. 0%,Mn :彡 0. 2%,Mg :1. 2 1. 8%,N1:0. 8 1. 5%,Zn :彡 0. 3%,T1:彡 0. 15%，Si1. 2%, Fe^ 1.6%，氰基配合物變質劑Yn[M(CN)m]為爐料總質量的0. 01 2%，其餘為Al和不可避免的微量雜質。本發明所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料，氰基配合物變質劑Yn[M(CN) J是指金屬與氰基分子形成的配合物，其中M代表Ag、Zn、Cd、Cu、Mn、Au、Co、N1、Fe或Pt, Y為H、Na或K。Yn[M (CN) m]具體的為陰離子[Ag (CN) 2] _、[Cu (CN) 2] _、[Mn (CN) 6]4- [Zn (CN) J 2_、[Au(CN)2]' [Cu(CN)4]3' [Ni(CN)4]2' [Fe(CN)6]4' [Cd(CN)4]2' [Fe(CN)6]3' [Ni(CN)5]3'[Co (CN)6]3'或[Pt (CN)4]2-與陽離子H+、Na+或K+的組成的氰基配合物。本發明的所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料，氨基配合物變質劑Yn[M(CN)J的分子晶體聚集態顆粒度為20 200目。本發明所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料的製備方法，包括如下步驟步驟一在上述元素比例範圍內，選定一組元素和氰基配合物變質劑Yn[M(CN) J比例，再根據需要配製的合金總量，推算出所需的每種單質金屬的質量，編制合金生產配料表，並按配料表選足備料；步驟二 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化並在700 800°C下保溫；熔化過程在封閉環境內完成；步驟三再按配方比例先加入步驟一選定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔體攪拌均勻；步驟四然後對上述合金熔體進行爐內精煉；往合金熔體中加入精煉劑，並攪拌均勻，熔體精煉在封閉環境中操作；步驟五精煉除渣後，以保護性氣體對熔體進行除氣作業，同時使氰基配合物變質劑YJM(CN)m]以流態化方式隨保護性氣體加入到合金熔體中；同時進行攪拌，使變質劑與合金熔體充分反應；變質劑加入完畢，繼續通入保護性氣體至變質劑反應完畢；步驟六靜置、調溫至700 800°C，合金液傾倒出爐，進入下一工序。本發明所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料的製備方法，在步驟五中，保護性氣體是指氮氣、氬氣或氮氣與氬氣的混合氣體。本發明所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料的製備方法，其中保護性氣體還含有0. 1% 1%的氯氣。本發明達到的有益效果(I)除氫、除氧及其消除鋁合金中的渣Al2O3，淨化熔體，減少了鋁合金中的多種鑄造缺陷。首先在鋁熔體的高溫狀態下，氰基配 合物變質劑YJM(CN)J分解出各元素的原子態，其中分解出的C、H在配合物分解的迅速擴散，與鋁熔體中的H或0形成各種氣體，隨著保護性氣體的不斷攪拌作用，隨之一道從熔體中移除，可以顯著降低鋁合金中的氣孔、針孔；分解出的C在氯氣的作用下還可以與鋁渣Al2O3發生反應，有效地降低了 Al2O3對鋁合金的有害影響。(2)有效地減少偏析、疏鬆和縮松。氰基配合物變質劑YJM(CN)J在高溫下分解出的金屬元素的流動很大，並且在保護性氣體的攪動下，很均勻低分布在熔體中，在凝固的過程中起到了晶核的作用，由於分解出的金屬晶核細小且均勻，可以使整個鋁合金的晶格細化，很大程度上降低了偏析、疏鬆和縮松的產生。本發明的變質劑的變質的化學反應Yn[M(CN) J+e (高溫)一M(原子態)+mC(原子態)+mN(原子態)+nY(原子態)M+A1(液)一a (Al)共溶體一飽和共溶體一冷卻一過飽和固溶體M+A1 (飽和共溶體)一M-Al (金屬間化合物)C (原子態)+H (鋁熔體)一CH4 (氣體)N (原子態)+H (鋁熔體)一NH3 (氣體)C (原子態)+Al (液)一Al4C3 (化合物)N (原子態)+Al (液)一AlN (化合物) A1203+3C+3C12 (g) — 2A1C13 (化合物)+3C0 (氣體)
具體實施例方式
步驟一按下表選定每元素和物質配方，並按配製的合金總量1000kg，推算出所需的每種物質的重量。
權利要求
1.一種氰基配合物處理的鋁合金材料，其特徵在於以質量分數計，該合金成分為Cu:1. O 3. 0%，Mn: ( 0. 2%, Mg:1. 2 1. 8%, N1: 0. 8 1. 5%, Zn: ( 0. 3%, T1: ( 0. 15%,Si1. 2%，Fe1. 6%，氰配合物變質劑Yn[M(CN)m]為爐料總質量的0. 01 2%，其餘為Al和不可避免的微量雜質。
2.根據權利要求1所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料，其特徵在於氰配合物變質劑Yn[M(CN) J是指金屬與氨基分子形成的配合物，其中M代表Ag、Zn、Cd、Cu、Mn、Au、Co、N1、Fe 或 Pt，Y 為 H、Na 或 K。
3.根據權利要求1所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料，其特徵在於氰配合物變質劑Yn[M(CN)m]的分子晶體聚集態顆粒度為20 200目。
4.一種如權利要求1 3所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料的製備方法，其特徵在於包括如下步驟 步驟一在上述元素比例範圍內，選定一組元素和氨基配合物變質比例，再根據需要配製的合金總量，推算出所需的每種單質金屬的質量，編制合金生產配料表，並按配料表選足備料； 步驟二 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化並在700 80(TC下保溫；熔化過程在封閉環境內完成； 步驟三再按配方比例先加入步驟一選定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔體攪拌均勻； 步驟四然後對上述合金熔體進行爐內精煉；往合金熔體中加入精煉劑，並攪拌均勻，熔體精煉在封閉環境中操作； 步驟五精煉除渣後，以保護性氣體對熔體進行除氣作業，同時使氨基配合物變質劑YJM(CN)J以流態化方式隨保護性氣體加入到合金熔體中；同時進行攪拌，使變質劑與合金熔體充分反應；變質劑加入完畢，繼續通入保護性氣體至變質劑反應完畢； 步驟六靜置、調溫至700 80(TC，合金液傾倒出爐，進入下一工序。
5.根據權利要求4所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料的製備方法，其特徵在於在步驟五中，保護性氣體是指氮氣、氬氣或氮氣與氬氣的混合氣體。
6.根據權利要求5所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料的製備方法，其特徵在於其中保護性氣體還含有0.1°/ri%的氯氣。
全文摘要
本發明公開了一種氰基配合物處理的鋁合金材料及其製備方法，以質量分數計，該合金成分為Cu:1.0～3.0%，Mn:≤0.2%，Mg:1.2～1.8%，Ni:0.8～1.5%，Zn:≤0.3%，Ti:≤0.15%，Si≤1.2%，Fe≤1.6%，氰配合物變質劑Yn[M(CN)m]為爐料總質量的0.01～2%，其餘為Al和不可避免的微量雜質，本發明的鋁合金材料的鑄造缺陷明顯降低。
文檔編號C22C1/06GK103060644SQ20111032513
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月24日 優先權日2011年10月24日
發明者張中可, 門三泉, 車雲 申請人:貴州華科鋁材料工程技術研究有限公司