一种用于生产铝合金的高含量钛添加剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝合金的添加剂领域，具体涉及一种铝合金钛添加剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着铝加工及铝合金工业不断发展，铝合金的研制被列为重点发展的技术，合金 化是铝合金生产工艺流程中重要的一环。合金添加元素在熔融铝中的溶解是合金化的重要 过程。元素的溶解与其性质有密切关系，受添加元素固态结构结合力的破坏和原子在铝液 中的扩散速度控制。铝合金常用的合金元素有：娃、铁、铜、镁、镍、锌、f凡等。一些低恪点或 溶解度大的合金元素如镁、铜等可以直接加入铝熔体中，而大部分熔点高的合金元素如铁、 镍、锰等，由于与铝的熔点差距太大，无法直接进行添加，需要通过中间合金的方式进行加 入。这是因为如将铁、镍、锰等金属熔化，则熔炉温度必需达到l〇〇〇°C以上，而铝的熔点只 有660°C，如果在1000°C以上的温度下，则铝熔体会汽化，且熔炉内未汽化的铝液在如此高 温下极易与周围的氧气、氢气、水等发生化学反应，形成难以去除的杂质，生成的铝合金熔 体的合金含量与实际所需的合金含量偏差过大，从而导致合金机械性能无法满足要求，造 成资源浪费。
[0003] 为了避免上述不足，人们采用中间合金的方式降低合金元素熔融过程时所需的温 度。中间合金的生产工艺是这样的：首先将所炼制的合金中含量最大的、熔点较低的金属熔 化。然后将熔点较高的及含量较少的元素加入，溶解而制成合金。熔炼中间合金时，需要添 加少量熔剂保护，以免气体进入合金，还可去除部分杂质。熔化后要充分搅拌，使成分均匀 后铸锭。有些高质量的中间合金需要在真空中或保护气氛下熔炼和浇铸。评判铝合金的品 质好坏的主要标准是合金中是否含有杂质或者杂质含量的多少，理想的铝合金是没有杂质 的，因此杂质越少越好，因此对于铝合金所用的中间合金的品质要求极高，就需要在真空中 或保护气氛下熔炼烧铸，生产工艺条件要求高，生产成本高，而且效率大大降低。另外，由于 中间合金所含的合金元素含量较低，在称料计算时，所用的中间合金量就会较大，为了保证 熔融中间合金的温度，每次投放中间合金的量不能过多，加量过多会导致铝熔体温度降低， 无法熔解中间合金，所以生产同一型号的铝合金时，用中间合金进行合金化就需要采用多 次少量方式进行添加投放在铝熔体中，这样就会导致产生如下问题：1、熔化中间合金所需 的时间过长；2、铝熔体长时间与大气中的氧气、氢气、碳、水分等其他物质发生反应生成的 杂质量增多，导致铝合金的品质降低；3、熔化时间长会增加能耗，会增加铝熔体的烧损及吸 气。
[0004] 由于中间合金存在的上述不足，已逐渐被淘汰，近年来人们开始采用将金属粉末 与助熔剂充分混合压制成型后加入铝熔体中的方式进行金属的合金化。实施时，铝合金熔 铸的温度通常为710°C左右，对于低熔点或熔解度大的合金元素直接以单质金属粉末的形 式加入铝液中即可熔解，但对于锰、铁、铬、钛等高熔点或熔解度小的合金元素，单质金属粉 末便很难熔解于铝液中，如果将铝液熔炉的温度升高到锰、铁、铬、钛金属的温度，则熔炉中 的铝液便会气化，因此解决的办法是在铝不会气化的温度下，快速将锰、铁、铬、钛等金属熔 解，为了达到此目的，人们已经想到将猛、铁、络、钛粉碎，并在粉末中添加助熔剂，并制成固 定形状，即我们通常所说的锰剂、铁剂、铬剂、钛剂，当将锰剂、铁剂、铬剂、钛剂投入到铝液 熔炉中，助熔剂在铝液中迅速发生反应，产生的热量在一段时间内能够达到使锰、铁、铬、钛 等金属熔解的温度，从而达到熔解。但是，此种方式需要大量的助熔剂才能实现，因此每块 添加剂产品中，锰、铁、铬或钛的含量最高只能达到85 %左右，如果将添加剂产品中的锰、 铁、铬或钛的含量提高到90%以上，则相应助熔剂的量则减少，在将产品加入到铝液中后， 添加剂中的锰、铁、铬或钛不能完全熔解；另外，为了避免添加剂产品在运输过程中松散， 通常要将添加剂产品压制成密度较高的饼状或球状，密度通常大于5.Og/cm3,但是对于密 度较高的添加剂产品，有如下的问题，以钛添加剂为例：1、熔解比较缓慢，熔解时间通常为 20min以上，熔解时间长；2、加入铝熔体的添加剂容易沉底，一旦沉底，一方面会导致钛粉 熔解速度减慢，另一方面会导致钛粉溶解后分散不均匀；3、较密实的添加剂产品在熔解过 程中表面会形成致密的保护膜，从而导致内部无法继续熔解，这样就会使回收率较低，最高 仅能达到90 %左右。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种熔解时间短、钛回收率高的用于生产铝合金 的高含量钛添加剂。
[0006] 本发明的目的在于提供如下基础方案：一种用于生产铝合金的高含量钛添加 剂，，主要由钛粉、铝粉、助熔剂压制而成的饼状或橄榄球状，所述钛粉、铝粉分别在惰性气 体保护下破碎，还包括表面活性剂，各组分的质量百分数分别为：钛粉85% -95%、铝粉 4% -14. 49%、助熔剂0.01 % -5%、表面活性剂0.5 % -2%，上述成份压制成形后的密度范 围为：2. 6-3. 5g/cm3。
[0007] 本发明技术方案具有以下优点：
[0008] 1.添加剂中钛粉的含量高，至少在90 %以上，在铝合金铸熔时，钛剂中其主要作 用的是钛粉，所以在铸熔等量铝合金时，本方案可以加入较少的量，达到相同的效果，这样 就能节省原料。
[0009] 2.助熔剂是作为杂质引入的，本方案所用的助熔剂含量非常低，所以极大的减少 了铝合金中的杂质含量。
[0010] 3.本发明的制备方法使用了表面活性剂，一方面，表面活性剂具有助悬作用，使用 表面活性剂后，使得本发明的添加剂即使是密度较大的产品，也能在铝熔体中处于悬浮状 态，不会沉底，在熔解的过程中，添加剂产品会在铝熔体内上下浮动，熔解速度加快，大大缩 短了添加剂熔解时间，另外，添加剂悬浮在铝液中，而且添加剂产品会上下浮动，所以能使 钛粉溶解后分散更均匀；另一方面，表面活性剂的憎水基能够将金属粉末的表面聚合在一 起，使得金属粉末接触氧的机会减少，从而减少了钛金属及铝金属氧化膜的形成；再一方面 由于表面活性剂的聚合作用，添加剂产品处于较松散的状态，但不会在运输中散开，这样钛 粉和铝粉成型后的密度可以做的较小，能更快地熔解在铝熔体中；上述几方面的因素大大 提高了添加剂熔解的速度，缩短了熔解时间，回收率高。
[0011] 经过熔解试验得出，本发明的钛粉回收率能在lOrnin左右就达到100%，钛粉的回 收率非常高。
[0012] 优化方案1，对基础方案的进一步优化，所述钛粉85%、铝粉10%、助熔剂3%、表 面活性剂2%，上述成份压制成形后的密度为2. 6-3. Og/cm3。发明人经试验发现，上述配比 和密度的添加剂产品熔解时间、钛回收率均较优。
[0013] 优化方案2,对基础方案的进一步优化，所述钛粉90%、铝粉5 %、助熔剂3 %、表面 活性剂2%，上述成份压制成形后的密度为3. 0-3. 5g/cm3。发明人经试验发现，上述配比和 密度的添加剂产品熔解时间、钛回收率均较优。
[0014] 优化方案3,对基础方案的进一步优化，所述钛粉95%、铝粉4%、助熔剂0. 01%、 表面活性剂0. 99%，上述成份压制成形后的密度为3. 0-3. 5g/cm3。发明人经试验发现，上 述配比和密度的添加剂产品熔解时间、钛回收率均较优。
[0015] 优化方案4,对基础方案、优化方案1、2、3、4任一项的进一步优化，还包括粘结剂， 按质量百分数计，粘结剂占0-3%。粘结剂能够有效的将钛金属粉末聚合在一起，因此对于 粒径过细的粉末很容易形成团聚效果，更容易压制成型，压制成型的钛添加剂不会因为粒 径过细而分散，便于运输；同时在压制时，无需将钛添加剂压的过于紧实，在较小密度下添 加剂也可成型。在将添加剂加入铝熔体后，密度较小能快速地熔解。
[0016] 优化方案5,对优化方案4的进一步优化，所述的粘结剂为聚阴离子纤维素。发明 人经试验发现，使用聚阴离子纤维素作为粘结剂时，加入铝熔体的添加剂会从外到内逐渐 熔解，不会出现钛粉烧损的现象。
[0017] 本发明的另一个目的在于提供基础方案一：一种用于生产铝合金的高含量钛添加 剂的制备方法，包括（1)粉碎、（2)称料、（3)混匀、（4)压制、（5)干燥和（6)包装，步骤1 中，是在惰性气体保护下粉碎，粉碎后选取钛粉的粒度范围为10-700目，铝粉的粒度分布 为40-500目，助熔剂粉末粒度分布为40-500目；步骤2和3之间，增设有如下步骤：根据步 骤2称料所得的质量总数，按照0. 5 % -2 %的质量百分数称取表面活性剂，并配制表面活性 剂溶液；步骤3混匀的过程是在隔绝空气的环境下进行，并将将上述配制好的表面活性剂 溶液洒入。
[0018] 上述制备方法的优点在于：
[0019] 1.本发明在制作金属粉末时采用惰性气体进行保护，能有效防止金属粉末表面形 成氧化膜。另外，步骤3混匀的过程是在隔绝空气的环境下进行，这样可以有效防止钛粉、 铝粉被氧化。
[0020] 2.本发明的制备方法将表面活性剂配制成表面活性剂溶液，并将其喷洒在混合料 中，表面活性剂的含量较少，通过喷洒的方式能使表面添加剂与钛粉、铝粉充分混合。
[0021] 优化方案7,对基础方案一的进一步优化，步骤2和3之间，还增设有如下步骤：根 据步骤2称料所得的质量总数，按照0. 5 % -2 %的质量百分数称取粘结剂，并将其配制成粘 结剂溶液；在步骤3混匀的过程中，还将上述配制好的粘结剂溶液洒入。通过洒入的方式能 使粘结剂与钛粉、铝粉充分混合。
【具体实施方式】
[0022] 本发明所述的表面活性剂为市售产品，不分类型均可使用。可以是硬脂酸、十二烷 基苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯、聚山梨酯等。以下各实施例中的表面活性剂采用十二烷基苯磺 酸钠。
[0023] 本发明的助熔剂可以是六氟铝酸钠、氯化钠、氯化钾、氟化钠、氟化钾、硫酸钠、碳 酸钠等，以下各实施例中的助熔剂选用六氟铝酸钠。
[0024] 本发明的产品形状可以是饼状、橄榄球状