一种铝合金精炼变质剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及铝合金熔炼加工技术领域，具体地涉及一种铝合金精炼变质剂及其制备方法和应用。

背景技术：

铝合金在熔炼过程中不可避免地吸收气体和产生夹杂物，从而引起铸件的气孔、缩孔、缩松和裂纹等一系列缺陷。此外，在凝固过程中铝合金易形成晶粒粗大的组织，这些均将直接影响产品质量，限制其应用。因此，必须对铝合金熔炼凝固过程进行精炼、净化、变质处理，以排除这些气体、夹杂物和减小晶粒尺寸，提高铝合金的质量。向铝合金中加入精炼变质剂进行精炼、净化、变质处理是常用的一种措施。因此，变质剂处理对铝合金产品的质量起到至关重要的作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铝合金精炼变质剂及其制备方法和应用，满足工业生产需求。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种铝合金精炼变质剂，其中含有氟化铈，氟化铈的重量百分含量为10～25％。

该精炼变质剂中还含有氯化钾、氯化钠和氟铝酸钾。按重量百分含量计，该精炼变质剂组成为：氯化钾30～60％，氯化钠20～30％，氟化铈10～25％，氟铝酸钾10～25％。

所述铝合金精炼变质剂的制备方法为：将精炼变质剂中各组分按所需比例混合均匀后放入坩埚中，加热熔化除去结晶水，并升温至700～900℃，对混合熔盐进行搅拌后，将其浇入金属模，即得到所述精炼变质剂。

采用本发明精炼变质剂处理铝合金熔体量，精炼变质剂的加入量为铝合金熔体重量的0.6-1.2％。

本发明的原理如下：

本发明变质剂中，氯化钾、氯化钠、氟铝酸钾在合适的配比下起到很好的精炼作用，如对夹杂物和氧化膜等进行浸润；吸附、溶解熔体表面的氧化膜；去除熔体内的气体等。

本发明变质剂中，合适量的氟化铈加入铝熔体后，会与铝反应生成单质铈，从而对铝熔体起净化和变质作用，同时不会影响其他组分的精炼作用，具体体现为：1)除渣，减少氧化夹杂及有害杂质元素。铈可与铝熔体中的o、s等有害杂质反应形成稀土化合物。这些化合物具有熔点高、密度小、化学性质稳定的特点，易于上浮、去除，从而净化铝液；2)除气(氢、氮等)，降低气孔/针孔率。铈与氢有较大的亲和力，能与氢反应形成稀土氢化物，这不仅能直接降低熔体的氢含量，而且能大量吸附、溶解氢；铈与氮生成难溶化合物，在熔炼过程中，大部分以渣的形式排除；去除氧化物夹杂所吸附的氢；3)变质，细化晶粒。铈元素的原子半径大于铝原子半径，性质比较活泼，趋向于富集于固-液界面处、形成表面活性膜。这不仅能降低固-液相间界面能，提高了铝晶核的形核率，同时还能阻止晶粒长大，细化合金组织。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明所提供的铝或铝合金精炼变质剂，具有除气、除杂效果好，晶粒细化能力较强，改善铝合金铸锭微观组织等特点。与现有铝合金精炼剂相比，本发明的精炼变质剂含有氟化铈，具有很好去除氧化夹杂、有害杂质元素金属、气体以及细化晶粒的能力。采用本发明精炼变质剂处理铝合金熔体时，精炼变质剂的加入量为铝合金熔体重量的0.6-1.2％，处理后铝合金中的氢含量能降到0.11-0.18ml/100gal的水平。

附图说明

图1为未经精炼变质处理的铝合金宏观形貌。

图2为未经精炼变质处理的铝合金微观形貌；其中：(a)为光学显微图像，(b)为激光共聚焦图像。

图3为未经精炼变质处理的铝合金宏观组织形貌。

图4为利用实施例2获得的精炼变质剂处理后的铝合金宏观形貌。

图5为利用实施例2获得的精炼变质剂处理后的铝合金微观形貌；其中：(a)为光学显微图像，(b)为激光共聚焦图像。

图6为利用实施例2获得的精炼变质剂处理后的铝合金宏观组织形貌。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明进一步说明，但本发明的保护范围和应用范围不限于以下实施例。

实施例1

按质量百分比称取氯化钾：60％、氯化钠：20％、氟化铈：10％、氟铝酸钾：10％。将配方量的各组分盐混合均匀，放入坩埚中过热熔化除去结晶水，并升温至700～900℃，最后，对混合熔盐进行搅拌后，将其浇入金属模，即可得到本精炼变质剂。

实施例2

按质量百分比称取氯化钾：50％、氯化钠：23％、氟化铈：13％、氟铝酸钾：14％。将配方量的各组分盐混合均匀，放入坩埚中过热熔化除去结晶水，并升温至700～900℃，最后，对混合熔盐进行搅拌后，将其浇入金属模，即可得到本精炼变质剂。

实施例3

按质量百分比称取氯化钾：40％、氯化钠：27％、氟化铈：16％、氟铝酸钾：17％。将配方量的各组分盐混合均匀，放入坩埚中过热熔化除去结晶水，并升温至700～900℃，最后，对混合熔盐进行搅拌后，将其浇入金属模，即可得到本精炼变质剂。

实施例4

按质量百分比称取氯化钾：30％、氯化钠：30％、氟化铈：20％、氟铝酸钾：20％。将配方量的各组分盐混合均匀，放入坩埚中过热熔化除去结晶水，并升温至700～900℃，最后，对混合熔盐进行搅拌后，将其浇入金属模，即可得到本精炼变质剂。

实施例5

按质量百分比称取氯化钾：30％、氯化钠：20％、氟化铈：25％、氟铝酸钾：25％。将配方量的各组分盐混合均匀，放入坩埚中过热熔化除去结晶水，并升温至700～900℃，最后，对混合熔盐进行搅拌后，将其浇入金属模，即可得到本精炼变质剂。

实施例6

在未进行精炼变质处理时，铝合金凝固组织中往往存在较多的气孔、缩孔、缩松、夹杂等缺陷，合金试样宏观形貌和微观形貌如图1-2所示(此样品氢含量约为0.9ml/100gal)；此外，合金试样的晶粒尺寸通常较为粗大，如图3所示。这些均直接影响产品质量，限制其工业应用。使用本发明的铝合金精炼变质剂处理铝合金熔体时，精炼变质剂的加入量为熔液重量的0.6～1.2％，经精炼变质处理后，铝熔体中的氢含量能降到大约0.11-0.18ml/100gal的水平；且可充分去除熔体中的氧化物夹杂。本实施例中，采用实施例2制备的精炼变质剂对图1中合金试样进行处理，精炼变质剂加入量为铝合金熔液重量的0.8％时，经精炼变质处理后，铝熔体中的氢含量能降到0.11ml/100gal的水平，试样中未见明显的氧化物夹杂，如图4-5所示。图6为利用实施例2获得的精炼变质剂处理后的铝合金宏观组织形貌。与图3比较发现，加入精炼变质剂后合金凝固组织得到较为明显的细化。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种铝合金精炼变质剂及其制备方法和应用，属于铝合金熔炼加工技术领域。该精炼剂由氯化钾、氯化钠、氟化铈、氟铝酸钾组成，上述组分按质量百分比分别为：30～60％、20～30％，10～25％，10～25％，本发明还提供其制备方法。本发明所制备的铝合金精炼变质剂具有除气、除杂效果好，晶粒细化能力较强，改善铝合金铸锭微观组织等特点，工业应用前景良好。

技术研发人员：江鸿翔;赵九洲;郑秋菊;徐文龙
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所;徐州新帝新材料有限公司
技术研发日：2017.06.14
技术公布日：2017.10.24