專利名稱：一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金材料及其制備方法，特別涉及一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料。
背景技術(shù)：
鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀(jì)初才開始工業(yè)應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)期間，鋁材主要用于制造軍用飛機(jī)。戰(zhàn)后，由于軍事工業(yè)對鋁材的需求量驟減，鋁工業(yè)界便著手開發(fā)民用鋁合金，使其應(yīng)用范圍由航空工業(yè)擴(kuò)展到建筑業(yè)、容器包裝業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、電力和電子工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)和石油化工等國民經(jīng)濟(jì)各部門，應(yīng)用到人們的日常生活當(dāng)中?，F(xiàn)在，鋁材的用量之多，范圍之廣，僅次于鋼鐵，成為第二大金屬材料。從制造業(yè)和鋁合金制品的角度，習(xí)慣上把高強(qiáng)度鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類；從制品可用的溫度條件劃分，高強(qiáng)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(qiáng)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，都屬于2系鋁合金；而能夠同時(shí)滿足鑄造性能好又容易進(jìn)行變形加工的高溫高強(qiáng)度鋁合金，還沒有見公開報(bào)道過。一般鑄造招合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4個(gè)系列，其中以AlCu系和AlZn系鋁合金的強(qiáng)度最高，但多數(shù)在200Mpa 300Mpa之間，高于400Mpa的只有AlCu系的少數(shù)幾個(gè)牌號，但因采用精鋁基體且加入貴重元素，制造成本很高;AlZn系鑄造合金的耐熱性能很差。眾所周知，鐵在鑄造鋁合金中是一種主要的有害雜質(zhì)，其有害作用在于它在合金中形成對基體有破壞作用的顯微組織，所以對它的含量一般予以限定。鐵在Al中的溶解度極小，在液態(tài)凝固過 程中Fe比富Al的a (Al)固溶體先結(jié)晶，以針狀或片狀脆性^ (Al9Si2Fe2)相等初晶化合物形式存在，針狀或片狀脆性@ (Al9Si2Fe2)相隨著含鐵量的增加而張長，起到了割裂基體、提高應(yīng)力集中源的作用，嚴(yán)重低降低了鋁合金的力學(xué)性能。由于粗大針狀或片狀e (Al9Si2Fe2)相是金屬液體凝固過程中的領(lǐng)先形成相，阻礙了液體、金屬在補(bǔ)縮通道的流動(dòng)，會造成熱節(jié)部位疏松的增加，對Al-Si系鋁合金的影響，隨著含鐵量的增加造成力學(xué)性能的下降是明顯的。常見的是在鑄造鋁合金中添加少量的Mn，可使針狀或片狀脆性P (Al9Si2Fe2)相轉(zhuǎn)化為骨骼狀的AlMnFeSi相，從而減輕雜質(zhì)Fe的有害影響，有資料認(rèn)為Mn/Fe比值在
0.7 0. 8時(shí)效果最好，在Al-Cu合金中當(dāng)Mn的含量達(dá)到或大于1%時(shí)，由于組織中的不溶的初生T (Al12CuMn2)相的增多和尺寸的增大，使鋁合金的脆性增加，室溫的強(qiáng)度降低。所以研發(fā)一種新型的變質(zhì)劑，可以減輕或消除Fe的有害影響，并且能對合金起細(xì)化作用具有重大意義
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對目前鋁合金的Fe的危害及其目前變質(zhì)劑變質(zhì)效果不佳的問題，本發(fā)明以錳羰基配合物為高效變質(zhì)劑，以流態(tài)化方式隨保護(hù)性氣體加入到合金熔體中，通過與鋁合金熔體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或高溫分解而釋放出原子或離子狀態(tài)的變質(zhì)元素Mn，同時(shí)產(chǎn)生CO-自由基，可吸收和去除熔體中H和0等有害雜質(zhì)元素，達(dá)到高效、均勻變質(zhì)和凈化熔體的目的，實(shí)現(xiàn)基體和金屬化合物相的晶粒細(xì)化。本發(fā)明的技術(shù)方案是，按重量百分比計(jì)，該合金成分為Cu :4. 0 5. 3 %，Mn :^1. 5 %, Ti ^ 0. 35 %, Si ^1. 2 % , Mg ^ 0. 05 %, Ni ^ 0.1 %, Zn ^ 0. 2 %, Zr ^0.2%, Sn ^ 0.01%, Pb ^0. 05%，錳羰基配合物變質(zhì)劑為爐料總量的Ippm 1.5%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個(gè)< 0. 05%，合計(jì)< 0. 2%。本發(fā)明的一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料，上述合金成分中，F(xiàn)e元素含量滿足Fe1. 5%0本發(fā)明的一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料，錳羰基配合物變質(zhì)劑是Mn元素與羰基形成的錳羰基化合物，即[Mn(C0)6]X、Y[Mn(C0)5]或Mn2 (CO) 1(|中的一種或幾種，其中中的Y包括Na、K或H。本發(fā)明的一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料，錳羰基配合物變質(zhì)劑的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為> 50目。本發(fā)明的一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，包括如下步驟步驟一在上述元素比例范圍內(nèi)，選定一組元素和錳羰基配合物變質(zhì)劑的比例，再根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質(zhì)金屬的質(zhì)量，編制合金生產(chǎn)配料表，并按配料表選足備料；

步驟二 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并在700 750°C下保溫；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)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；步驟四然后對上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；往合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，熔體精煉在封閉環(huán)境中操作；步驟五精煉除渣后，以保護(hù)性氣體對熔體進(jìn)行除氣作業(yè)，同時(shí)使錳羰基配合物變質(zhì)劑以流態(tài)化方式隨保護(hù)性氣體加入到合金熔體中；同時(shí)進(jìn)行攪拌，使變質(zhì)劑與合金熔體充分反應(yīng)；變質(zhì)劑加入完畢，繼續(xù)通入保護(hù)性氣體至變質(zhì)劑反應(yīng)完畢。步驟六靜置、調(diào)溫至700 750°C，合金液傾倒出爐，進(jìn)入下一工序。本發(fā)明的一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，在步驟五中，保護(hù)性氣體是指氮?dú)?、氬氣或氮?dú)馀c氬氣的混合氣體。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)由于錳羰基配合物在鋁熔體的高溫狀態(tài)下，迅速分解出金屬M(fèi)n原子，Mn原子，可以完全打破由雜質(zhì)Fe形成的針狀或片狀脆性@ (Al9Si2Fe2)相，更有效低從降低了雜質(zhì)Fe的有害影響，細(xì)化晶相；同樣在Al-Cu中，原子態(tài)的Mn不易與Al和Cu形成不溶的初生相(Al12CuMn2)相，而是細(xì)化晶相，避免由此產(chǎn)生的鋁合金的脆性增加，室溫的強(qiáng)度降低，使Mn的加入量不局限于小于1%，使本發(fā)明的鋁合金的性能提高。
(2)錳羰基配合物在高溫分解釋放出原子態(tài)的合金化元素Mn和羰基自由基CO-，具有微觀皮米級(Pm)的種子作用范圍，達(dá)到在加入純金屬或中間合金時(shí)無法達(dá)到的微細(xì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)和納米級(nm)聚集態(tài)，從而改善合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。(3)本發(fā)明采用錳羰基配合物粉狀變質(zhì)劑加入到鋁熔體中，與鋁熔體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而分解出有效變質(zhì)元素Mn和強(qiáng)吸附H、0的活潑羰基自由基CO-，而羰基自由基CO-在高溫下以氣態(tài)形式與擾動(dòng)的鋁熔體充分接觸，便于捕獲熔體中溶解的大量H、0等有害元素，生成的CO2或有機(jī)化合物以氣態(tài)形式離開熔體排向煙氣收集系統(tǒng)，從而使熔體得到凈化。
具體實(shí)施例方式步驟一按下表選定每元素和物質(zhì)配方，并按配制的合金總量1000kg，推算出所需的每種物質(zhì)的重量。
權(quán)利要求
1.一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料，其特征在于按重量百分比計(jì)，該合金成分為 Cu:4. O 5. 3%,Mn:彡1. 5 %，T1:彡 0. 35%, S1: (1. 2%,Mg:彡 0. 05%,N1:彡 0. 1%，Zn: ( 0. 2%，Zr: ( 0. 2%，Sn ( 0. 01%, Pb: ( 0. 05%，錳羰基配合物變質(zhì)劑為爐料總量的Ippm 1. 5%,其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個(gè)彡0. 05%,合計(jì)(0. 2%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料，其特征在于上述合金成分中，F(xiàn)e元素含量滿足Fe: (1. 5%。
3.根合據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料，其特征在于錳羰基配合物變質(zhì)劑是Mn元素與羰基形成的錳羰基化合物，S卩[Mn(C0)6]X、Y[Mn(CO)5]或Mn2(CO)ltl中的一種或幾種，其中[Mn(C0)6]X中的X包括F、Cl或Br，Y[Mn (CO) 5]中的 Y 包括 Na、K 或 H。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料，其特征在于錳羰基配合物變質(zhì)劑的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為> 50目。
5.—種如權(quán)利要求1 4所述的一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟 步驟一在上述元素比例范圍內(nèi)，選定一組元素和錳羰基配合物變質(zhì)劑的比例，再根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質(zhì)金屬的質(zhì)量，編制合金生產(chǎn)配料表，并按配料表選足備料； 步驟二 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并在700 750°C下保溫；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)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； 步驟四然后對上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；往合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，熔體精煉在封閉環(huán)境中操作； 步驟五精煉除渣后，以保護(hù)性氣體對熔體進(jìn)行除氣作業(yè)，同時(shí)使錳羰基配合物變質(zhì)劑以流態(tài)化方式隨保護(hù)性氣體加入到合金熔體中；同時(shí)進(jìn)行攪拌，使變質(zhì)劑與合金熔體充分反應(yīng)；變質(zhì)劑加入完畢，繼續(xù)通入保護(hù)性氣體至變質(zhì)劑反應(yīng)完畢； 步驟六靜置、調(diào)溫至700 750°C，合金液傾倒出爐，進(jìn)入下一工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于在步驟五中，保護(hù)性氣體是指氮?dú)狻鍤饣虻獨(dú)馀c氬氣的混合氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種錳羰基配合物變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法，其特征在于按重量百分比計(jì)，該合金成分為Cu:4.0～5.3%，Mn:≤1.5%，Ti:≤0.35%，Si:≤1.2%，Mg:≤0.05%，Ni:≤0.1%，Zn:≤0.2%，Zr:≤0.2%，Sn≤0.01%，Pb:≤0.05%，錳羰基配合物變質(zhì)劑為爐料總量的1ppm～1.5%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個(gè)≤0.05%，合計(jì)≤0.2%，本發(fā)明的鋁合金具有較高的綜合性能。
文檔編號C22C1/02GK103060645SQ20111032435
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月23日
發(fā)明者門三泉, 車云, 張中可 申請人:貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司