專利名稱：一種利用鈦屑和鋁在低溫下合金化制造鋁鈦中間合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁鈦中間合金的制造工藝，特別指一種利用鈦屑和鋁在低溫下合金化 制造鋁鈦中間合金的方法。
背景技術(shù)：
目前制造鋁鈦中間合金的生產(chǎn)工藝主要有，由原鋁和海綿鈦粒在高溫(大約 IOO(TC)熔煉而成，通常這種鋁鈦中間合金制造需將鋁液溫度連續(xù)過(guò)熱到1000°C以上，使鋁 鈦合金嚴(yán)重氧化和吸氣，惡化了鋁鈦中間合金的性能。使中間合金中產(chǎn)生大量氧化夾雜和 氣體并帶入需加入的合金中(如用于汽車(chē)輪轂制造的A356合金)。另外一種制造鋁鈦中間 合金的方法是利用氟鈦酸鉀鋁熱反應(yīng)，此方法雖然不需要在高溫過(guò)熱條件下熔煉，但其缺 點(diǎn)是反應(yīng)產(chǎn)生的鹽類(lèi)副產(chǎn)物難于徹底去除，殘留在鋁鈦合金中，嚴(yán)重影響后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量。 還有，在溫度為1150 1300°C的冰晶石熔體中，以Ti02為原料、Al為還原劑制得Al-Ti 合金，盡管此種方法生產(chǎn)成本比較低，但是成品率也相對(duì)較低，而且反應(yīng)過(guò)程中，由于溫度 過(guò)高，更容易產(chǎn)生雜質(zhì)和氣體，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。鋁鈦中間合金通常由純鋁同海綿鈦粒在高溫條件(1000°C左右)下合金化反應(yīng)制 造而成。這種高含鈦量中間合金(AlTi5、AlTilO, Α1Τ 15等)用于含鈦鋁合金材料的成分 添加，特別是用于制造汽車(chē)輪轂用A356合金的熔煉。通常這種鋁鈦中間合金的制造需將鋁 液溫度連續(xù)過(guò)熱到1000°C以上合金化，至使鋁鈦合金嚴(yán)重氧化和吸氣，惡化了鋁鈦中間合 金的性能。使中間合金中產(chǎn)生大量氧化夾雜和氣體，并將這些夾雜物和氣體帶入被加入的 合金中。另一種制造鋁鈦中間合金的方法是利用氟鈦酸鉀鋁熱反應(yīng)，此方法雖然不需要在 高溫過(guò)熱條件下熔煉，但其缺點(diǎn)是反應(yīng)產(chǎn)生的鹽類(lèi)副產(chǎn)物難于徹底去除，殘留在鋁鈦中間 合金中，嚴(yán)重影響后續(xù)產(chǎn)品(如汽車(chē)輪轂用A356合金)的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和問(wèn)題加以改進(jìn)和創(chuàng)新，提供一種生 產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，成品率、潔凈度高的利用鈦屑和鋁在低溫下合金化制造鋁鈦中間 合金的方法。本發(fā)明方法是先將鈦屑進(jìn)行除油和剪切粉碎，然后再研磨成小于20mm尺寸。加入 少量粘結(jié)劑后壓制成鈦餅。將所得的鈦餅加入撒上覆蓋劑的780-820°C熔融鋁液中合金化。 30-40分鐘成分?jǐn)嚢韬辖鸹?，?jīng)過(guò)將鋁液除氣、除雜、過(guò)濾處理后再澆鑄成錠狀。具體包括 以下步驟
第一步，將機(jī)加工切削的鈦屑進(jìn)行除油處理，再在剪切粉碎機(jī)上進(jìn)行剪切粉碎至最大 尺寸不大于20mm的片狀。然后再在磨片由耐磨鋼制造磨粉機(jī)研磨成粉狀，磨至使其能通過(guò) 10目的篩網(wǎng)為合格。再將所研磨成的粉末混入少量粘結(jié)劑(鋁粉或硬脂酸鋁等，以能壓制成 型為準(zhǔn))，在油壓機(jī)上壓制成每塊0. 5-2. 0公斤的鈦餅(塊)。上述鈦屑為厚度< 2mm，含鈦量大于98%的鈦屑。第二步，將純鋁熔化，撒上特殊的高溫覆蓋劑于鋁液表面，覆蓋劑的成分為氯化 鈉氯化鉀氟化鋁等于5:4:1 (重量比)，并將鋁液升溫至780-820°C。第三步，將計(jì)算好重量的鈦餅(塊)投入鋁液中，并不斷用人工(或者電磁)攪拌合 金化。大約30-40分鐘后停止攪拌和取樣分析。成分不合格，再補(bǔ)加并重復(fù)以上工藝，至到 成分合格。第四步，在溫度740-780°C下，利用旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)用氬或氮?dú)鈱?duì)鋁液進(jìn)行脫氣處理， 并利用測(cè)氫儀器測(cè)量氫含量，當(dāng)氫含量達(dá)到0. 2-0. 3ml/100gAl,停止除氣并撇渣。第五步，在溫度740_780°C下，將鋁液導(dǎo)入過(guò)濾箱體，通過(guò)10_20ppi的氧化鋁陶 瓷過(guò)濾板過(guò)濾處理，除去合金液中的夾雜物。第六步，在鋁液溫度在720_74(TC條件下，將鋁合金液體澆鑄成含氣量小于 0. 3ml/100gAl,含渣量低的鋁鈦中間合金錠，澆注過(guò)程中需始終不斷對(duì)鋁液進(jìn)行攪拌。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果
本發(fā)明通過(guò)一種新的鋁鈦中間合金制造工藝，利用廢鈦屑和鋁在低溫下合金化制造出 一種價(jià)格相對(duì)較低而且質(zhì)量較高的鋁鈦中間合金。與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用回收的金屬鈦屑 和鋁在低溫條件下的合金化，使制造成本相對(duì)降低。同時(shí)中間合金由于不需要長(zhǎng)期在高溫 (1000°C左右)過(guò)熱，而使得鋁鈦中間合金的品質(zhì)相對(duì)提高。同是，與鋁熱法生產(chǎn)鋁鈦中間合 金相比，產(chǎn)品中不會(huì)含有反應(yīng)副產(chǎn)物氟化鹽夾雜物，更加純凈。本發(fā)明是一種利用鈦制品在機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的金屬鈦屑(車(chē)屑、刨屑、鋸屑等 機(jī)加工屑)在低溫下同鋁熔體合金化制造鋁鈦中間合金的方法，該方法最大的優(yōu)點(diǎn)是既可 將加工后廢棄的鈦屑重新利用，又可以在較低溫度下合金化生產(chǎn)鋁鈦中間合金，可大大避 免燒損、氧化和合金吸氣，并提高了鋁鈦中間合金的質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。此種方法對(duì)生產(chǎn) 鋁鈦中間合金的成本和環(huán)境保護(hù)都有重大的推進(jìn)意義。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 利用鈦屑和鋁在低溫條件下合金化制造AlTilO中間合金 含鈦10%的鋁鈦中間合金是一種廣泛應(yīng)用于A356合金生產(chǎn)的常用中間合金。將機(jī)加工切削的純鈦屑(含鈦量大于98%)進(jìn)行除油處理，再在剪切粉碎機(jī)上進(jìn) 行剪切粉碎至最大尺寸不大于20mm的片狀。然后再由耐磨鋼制造磨粉機(jī)研磨成粉狀， 磨至使其能通過(guò)10目的篩網(wǎng)為合格。再將所研磨成的粉末按照重量比例97:3混入少 量粘結(jié)劑硬脂酸鋁，在油壓機(jī)上壓制成每塊.0. 5公斤的圓柱體(鈦餅)。將900kg99. 7% 鋁錠加入中頻感應(yīng)爐中熔化，待鋁液熔化后撒上覆蓋劑于鋁液表面，覆蓋劑的成分為 氯化鈉氯化鉀氟化鈉等于5:4:1 (重量比)，并將鋁液升溫至780°C。將105kg鈦餅 分批投入鋁液中，并不斷用人工攪拌合金化。40分鐘后停止攪拌，取樣分析，其成分為 Ti:9. 80%, Fe:0. 19%, Si:0. 26%，成分合格。在溫度740°C下，利用旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)用氬氣進(jìn)行脫 氣處理30分鐘，轉(zhuǎn)子速度為500rmp，氣體流量為12升/分鐘，并利用動(dòng)態(tài)測(cè)氫儀器測(cè)量氫 含量，當(dāng)氫含量達(dá)到0.25ml/100gAl，停止除氣并撇渣。在溫度740°C下，將鋁液導(dǎo)入過(guò)濾 箱體，通過(guò)300mmX300mmX50mm，IOppi的氧化鋁陶瓷過(guò)濾板過(guò)濾處理后，將鋁合金液澆鑄成 每塊重量為大約7公斤重的AlTilO華夫錠，共大約1000公斤鋁鈦中間合金錠。澆注過(guò)程中始終需要不斷對(duì)鋁液進(jìn)行人工攪拌。實(shí)施例2 利用鈦屑和鋁在低溫條件下合金化制造AlTi 15中間合金
將機(jī)加工切削的純鈦屑(含鈦量大于98%)進(jìn)行除油處理，再在剪切粉碎機(jī)上進(jìn)行剪 切粉碎至最大尺寸不大于20mm的片狀。然后再由耐磨鋼制造磨粉機(jī)研磨成粉狀，磨至 使其能通過(guò)10目的篩網(wǎng)為合格。再將所研磨成的粉末按照重量比例95:4:1混入粘結(jié) 劑硬脂酸鋁和鋁粉，在油壓機(jī)上壓制成每塊0. 5公斤的圓柱體(鈦餅)。將850kg99. 7% 鋁錠加入中頻感應(yīng)爐中熔化，待鋁液熔化后撒上覆蓋劑于鋁液表面，覆蓋劑的成分 為 氯化鈉氯化鉀氟化鈉等于5:4:1 (重量比)，并將鋁液升溫至820°C。將165kg鈦餅 分批投入鋁液中，并不斷用電磁攪拌合金化。40分鐘后停止攪拌，取樣分析，其成分為 Ti: 10. 3%, Fe:0. 20%, Si:0. 22%，成分合格。在溫度780°C下，利用旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)用氬氣進(jìn)行脫 氣處理30分鐘，轉(zhuǎn)子速度為500rmp，氣體流量為12升/分鐘，并利用動(dòng)態(tài)測(cè)氫儀器測(cè)量氫 含量，當(dāng)氫含量達(dá)到0. 25ml/100gAl,停止除氣并撇渣。在溫度780°C下，將鋁液導(dǎo)入過(guò)濾箱 體，通過(guò)300mmX300mmX50mm，IOppi的氧化鋁陶瓷過(guò)濾板過(guò)濾處理后，將鋁合金液澆鑄成每 塊重量為大約7公斤重的Α1 15華夫錠，共大約1000公斤鋁鈦中間合金錠。澆注過(guò)程中 始終需要不斷對(duì)鋁液進(jìn)行人工攪拌。本發(fā)明所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描述，并非對(duì)本發(fā)明 構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā) 明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技 術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書(shū)中。
權(quán)利要求
一種利用鈦屑和鋁在低溫下合金化制造鋁鈦中間合金的方法，其特征在于包括以下步驟1)將加工切削的鈦屑進(jìn)行除油處理后，在剪切粉碎機(jī)上進(jìn)行剪切粉碎成最大尺寸≤20mm的片狀，再用耐磨鋼制造磨粉機(jī)研磨成能通過(guò)10目篩網(wǎng)的粉末，再將所研磨成的粉末混入少量粘結(jié)劑，在油壓機(jī)上壓制成每塊0.5 2.0公斤的鈦餅/塊；2)將純鋁熔化，并在鋁液表面撒上特殊的高溫覆蓋劑；3)把鋁液升溫至780 820℃后，將計(jì)算好重量的鈦餅/塊投入鋁液中，并不斷攪拌合金化，約30 40分鐘后停止攪拌，取樣分析合格；4)在鋁液溫度740 780℃條件下，利用旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)用氬或氮?dú)膺M(jìn)行脫氣處理，檢測(cè)得鋁液的含氫量為0.2 0.3ml/100gAl時(shí)，停止除氣并撇渣；5)在鋁液溫度740 780℃條件下，用10 20ppi的氧化鋁陶瓷過(guò)濾板將脫氣后的鋁合金液體進(jìn)行過(guò)濾處理，除去合金液中的夾雜物；6)在鋁液溫度720 740℃條件下，將鋁合金液體澆鑄成錠，即得含氣量小于0.3ml/100gAl,含渣量低的鋁鈦中間合金錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用鈦屑和鋁在低溫下合金化制造鋁鈦中間合金的方 法，其特征在于所述的鈦屑為厚度< 2mm，含鈦量大于98%的鈦屑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用鈦屑和鋁在低溫下合金化制造鋁鈦中間合金的方 法，其特征在于所述的粘結(jié)劑為能壓制成型的鋁粉或硬脂酸鋁等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用鈦屑和鋁在低溫下合金化制造鋁鈦中間合金的方 法，其特征在于所述的覆蓋劑為氯化鈉、氯化鉀和氟化鋁按5:4:1的重量比組成的特殊覆 蓋劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁鈦中間合金的制造工藝，特別指一種利用鈦屑和鋁在低溫下合金化制造鋁鈦中間合金的方法。本發(fā)明利用鈦制品在機(jī)加工過(guò)程中產(chǎn)生的金屬鈦屑和鋁在低溫下合金化制造鋁鈦中間合金。熔融鋁和鈦屑進(jìn)行合金化反應(yīng)后，再用氬或氮?dú)膺M(jìn)行旋轉(zhuǎn)除氣處理，當(dāng)氫含量達(dá)到0.2-0.3ml/100gAl時(shí)，利用10-20ppi的氧化鋁陶瓷過(guò)濾板進(jìn)行過(guò)濾處理；除去合金液中的夾雜物；再將鋁合金液體澆注成錠狀。本發(fā)明方法既可將加工后廢棄的鈦屑重新利用，又可以在較低合金化溫度下生產(chǎn)鋁鈦中間合金，避免合金嚴(yán)重?zé)龘p、氧化和吸氣，并提高了鋁鈦中間合金的質(zhì)量。
文檔編號(hào)C22C1/03GK101967572SQ20101054374
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者曾獻(xiàn)文, 李益, 陳建春, 陳西海 申請(qǐng)人:湖南金聯(lián)星冶金材料技術(shù)有限公司