專利名稱：一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度鋁合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁合金材料領(lǐng)域，涉及一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度鋁合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
變質(zhì)作用能夠極大地提高鋁合金的綜合機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)，有時(shí)甚至是顛覆性的。能夠產(chǎn)生變質(zhì)作用的物質(zhì)稱為變質(zhì)劑。目前幾乎所有的變質(zhì)劑都集中在一種技術(shù)手段上以鋁為基體生產(chǎn)含有變質(zhì)元素的中間合金，再在鋁合金熔煉時(shí)把中間合金加入熔體中。這一過程產(chǎn)生了兩個(gè)于節(jié)能不利的環(huán)節(jié)①含有高濃度變質(zhì)元素的中間合金的熔鑄環(huán)節(jié)，往往需要很高的溫度(> 1000°C，如 Al-T1-B、Al-RE、Al-S1、Al-Sc、Al-V、Al-Cr、Al-Mn、Al-Co、Al-N1、Al-W、Al-Zr等)鋁合金熔煉時(shí)加入中間合金，“溶解”并“稀釋”變
質(zhì)元素，再鑄造。對(duì)鋁合金生產(chǎn)來說，上述過程相當(dāng)于多了一個(gè)“熔煉-鑄造”環(huán)節(jié)，而中間合金中大量的鋁只起到儲(chǔ)存變質(zhì)元素的作用，其所消耗的能量完全是無效的。在各種鋁中間合金變質(zhì)劑中，最具代表性的是Al-T1-B線材和鋁-稀土(RE)中間合金。隨著研究的深入，越來越多的元素被發(fā)現(xiàn)具有變質(zhì)作用，也就產(chǎn)生了越來越多的中間合金。對(duì)于鋁合金冶煉工廠來說，為了專注于終端合金產(chǎn)品的生產(chǎn)，沒有必要專門投資建中間合金生產(chǎn)線，而寧愿從市場采購中間合金。于是就有了專門生產(chǎn)鋁中間合金的工廠，并形成了規(guī)模產(chǎn)業(yè)，目前全世界鋁 中間合金產(chǎn)業(yè)達(dá)到數(shù)十億元?；阡X中間合金的理論思維，作為變質(zhì)劑加入的添加劑以下條件所限制(I)在高溫下化學(xué)成分不變，在鋁熔體中有足夠的穩(wěn)定性；(2)添加劑的熔點(diǎn)應(yīng)比鋁的高；(3)添加劑和鋁的晶格在結(jié)構(gòu)尺寸上應(yīng)相適應(yīng)；(4)與被處理的熔體原子形成強(qiáng)而有力的吸附鍵。這些限制條件，好象是專門為高溫金屬元素的鋁中間合金量身定做的，因此限制了“變質(zhì)”概念的內(nèi)涵和外延。同時(shí)，鋁中間合金變質(zhì)劑中的有效元素很難充分發(fā)揮作用。盡管中間合金的基體也是鋁，但生產(chǎn)中間合金時(shí)，高熔點(diǎn)元素、難溶解元素與鋁發(fā)生合金化的過程是很難控制的有效元素的偏析、鋁的燒損量增加和大量雜質(zhì)的混入，都在所難免。對(duì)于雜質(zhì)限量要求極為嚴(yán)格的高性能合金生產(chǎn),往往變質(zhì)劑帶入的雜質(zhì)就足以使化學(xué)成份超過限制范圍；同時(shí)，微觀狀態(tài)下大量聚集的有效變質(zhì)元素仍然處于單質(zhì)結(jié)晶團(tuán)塊狀態(tài)，在熔融鋁的溫度下(< 800°C )根本無法完全溶解和熔化，只有表面極薄的膜層由于與鋁可能產(chǎn)生合金化反應(yīng)而起到部分變質(zhì)作用，其余大量的聚集態(tài)都是怎么加進(jìn)去就怎么存在，變質(zhì)作用因而大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)目前鋁合金變質(zhì)劑和變質(zhì)機(jī)理存在的缺陷，以氨基配合物變質(zhì)劑YJM(NH3)m]粉作為高效變質(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M，同時(shí)產(chǎn)生的N，可吸收和去除熔體中H和O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；并在鋁合金生產(chǎn)中的取代中間合金，減少中間環(huán)節(jié)，節(jié)能降耗。本發(fā)明的一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度鋁合金材料，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，該合金成分為 Cu 3. 9 5. 0%, Mn 0. 4 1. 2%, Mg 0. 2 O. 8%，Cr ·.( O. 1%, Ni ·.( O. 1%, Zn (O. 25%, T1:彡 O. 15%, Ti+Zr ( O. 2%, S1:彡1. 2%, Fe :彡1. 2%，氨基配合物變質(zhì)劑YntM(NH3)m]為爐料總質(zhì)量的O. 05 1%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)。本發(fā)明所述的一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度鋁合金材料，氨基配合物變質(zhì)劑YJM(NH3)m]是指幾種過渡金屬元素與NH3形成的金屬氨基配合物的一種或幾種，其中M代表 Cr、Zn、Cd、Cu、Co、Ni，Y 包括 Cl、F。本發(fā)明中的氨基配合物變質(zhì)劑Yn[M(NH3)m]具體的是指[Cr(NH3)6]' [Zn(NH3)4]2+,[Cd(NH3)6]2+' [Cu(NH3)2]+' [Co (NH3)6]' [Cu(NH3)4]2+' [Co (NH3) 6]3+或[Ni (NH3) 6]2+和 Cl—或Γ組成的氨基配合物中的一種或幾種。本發(fā)明所述的一 種氨基配合物處理的高強(qiáng)度鋁合金材料，氨基配合物變質(zhì)劑YntM(NH3)m]的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為20 325目。本發(fā)明所述的一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度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)，選定一組元素和氨基配合物變質(zhì)劑Yn [M (NH3) J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700 800°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(duì)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(duì)熔體進(jìn)行除氣作業(yè)，同時(shí)使氨基配合物變質(zhì)劑YJM(NH3)J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700 800°C，合金液傾倒出爐，進(jìn)入下一工序。本發(fā)明所述的一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度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)明達(dá)到的有益效果1、找到了一種新的高效變質(zhì)劑氨基配合物變質(zhì)劑YJM(NH3)m]，改變了傳統(tǒng)鋁合金變質(zhì)劑的變質(zhì)機(jī)理。
2、氨基配合物變質(zhì)劑YJM(NH3)m]以保護(hù)性氣體流態(tài)化加入鋁合金熔體，解決了工藝上的重大難顆。 3、不但提高了鋁合金變質(zhì)劑的變質(zhì)效果，為生產(chǎn)中高效、高精度控制創(chuàng)造了條件，而且分子分解出的N能夠吸收熔體中的H、0等有害元素，凈化熔體，從而把變質(zhì)劑與凈化劑的作用有機(jī)結(jié)合在一起。4、有效細(xì)化了鋁基體晶粒和Fe、Si等金屬化合物晶粒，顯著提高了純鋁合金系強(qiáng)度和延伸率性能。5、取代中間合金，使鋁合金制造企業(yè)不再受制于中間合金生產(chǎn)商，有利于創(chuàng)建“近成型、短流程”的集約生產(chǎn)線，節(jié)能降耗，降低綜合成本。具體的反應(yīng)方程式為Yn[M (NH3) m] +e (高溫)一M (原子態(tài))+mH (原子態(tài))+mN (原子態(tài))+nY (原子態(tài))Μ+Α1(液)一α (Al)共溶體一飽和共溶體一冷卻一過飽和固溶體Μ+Α1 (飽和共溶體)一M-Al (金屬間化合物)H (原子態(tài))+H (鋁熔體)一H2 (氣體)N (原子態(tài))+H (鋁熔體)一NH3 (氣體)N (原子態(tài))+Al (液) 一AlN (化合物)
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
1.一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度鋁合金材料，其特征在于以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，該合金成分為 Cu: 3. 9 5. 0%，Mn:O. 4 1. 2%，Mg:O. 2 O. 8%, Cr:彡 O. 1%,N1:彡 O. 1%，Ζη:彡 O. 25%,T1: ^ O. 15%，Ti+Zr ( O. 2%, Si ■.(1. 2%，F(xiàn)e ■.(1. 2%，氨基配合物變質(zhì)劑 YjM(NH3)m]為爐料總質(zhì)量的O. 05 1%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度鋁合金材料，其特征在于氨基配合物變質(zhì)劑Yn[M(NH3) J是指幾種過渡金屬元素與NH3形成的金屬氨基配合物的一種或幾種，其中 M 代表 Cr、Zn、Cd、Cu、Co、Ni，Y 包括 Cl、F。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度鋁合金材料，其特征在于氨基配合物變質(zhì)劑YJM(NH3)J的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為20 325目。
4.一種如權(quán)利要求1 3所述的一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度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)，選定一組元素和氨基配合物變質(zhì)劑￥1^(順丄]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 80(TC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(duì)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(duì)熔體進(jìn)行除氣作業(yè)，同時(shí)使氨基配合物變質(zhì)劑Yn[M(NH3) J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 80(TC，合金液傾倒出爐，進(jìn)入下一工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度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)明公開了一種氨基配合物處理的高強(qiáng)度鋁合金材料及其制備方法，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，該合金成分為Cu:3.9～5.0%，Mn:0.4～1.2%，Mg:0.2～0.8%，Cr:≤0.1%，Ni:≤0.1%，Zn:≤0.25%，Ti:≤0.15%，Ti+Zr≤0.2%，Si≤1.2%，F(xiàn)e≤1.2%，氨基配合物變質(zhì)劑Yn[M(NH3)m]為爐料總質(zhì)量的0.05～1%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)。本發(fā)明的鋁合金材料較一般鋁合金材料具有更高的純凈度和性能。
文檔編號(hào)C22C1/06GK103060643SQ20111032451
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者張中可, 門三泉, 車云 申請(qǐng)人:貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司