專利名稱：一種氰基配合物處理的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，涉及一種氰基配合物處理的鋁合金材料及其制備方法。
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(duì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，應(yīng)用到人們的日常生活當(dāng)中。現(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(hào)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(guò)。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(hào)，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。因此，一般鑄造鋁合金與變形鋁合金相比因強(qiáng)韌性稍遜使其應(yīng)用范圍受到較大的限制。許多重要用途如特種重載車負(fù)重輪、航空用鋁合金等多采用變形鋁合金，而不是鑄造鋁合金。變形鋁合金通過(guò)擠壓 、軋制、鍛造等手段減少了缺陷，細(xì)化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的強(qiáng)度、優(yōu)良的韌性以及良好的使用性能。但是，對(duì)設(shè)備和工裝模具要求高，工序多，因此變形鋁合金生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本很高。與變形鋁合金相比，鑄造鋁合金具有價(jià)格低廉、組織各向同性、可以獲得特殊的組織、易于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件、可以小批量生產(chǎn)也可以大批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，開發(fā)出能夠替代部分變形鋁合金的高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料及其鑄造成形工藝，可以達(dá)到以鑄代鍛、縮短制造周期、降低制造成本的目的，具有重要的理論意義和重大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。但是鑄造鋁合金存在鑄造生產(chǎn)過(guò)程中，由于化學(xué)成分、裝備、工藝或操作不當(dāng)及外界條件的影響，會(huì)出現(xiàn)各種缺陷。例如鑄鋁合金中針孔是常見缺陷。當(dāng)鋁合金在熔煉和澆注過(guò)程中，合金液可溶解較多的氫，在常壓下氫的溶解度隨著合金液溫度的升高而增大，隨著溫度的下降而減少；由于濕模中局部水分過(guò)高；砂型、型芯和涂料中發(fā)氣量大；液態(tài)金屬的某些成分之間，或液態(tài)金屬與鑄型在在界面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體而透氣性又差；或冷鐵表面未處理干凈等，就很容易形成皮下氣孔；鋁合金液在凝固過(guò)程中，當(dāng)體積收縮得不到補(bǔ)縮時(shí)，在鑄件最后的凝固部位便形成管狀或枝叉狀等孔洞，稱為縮孔；疏松和縮松以及偏析等等。由于這些缺陷的存在，合金致密性降低，力學(xué)性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的要解決的技術(shù)問題是目前鑄造鋁合金中存在針孔、氣孔、疏松和縮松、偏析等缺陷，本發(fā)明以一種氰基配合物處理的鋁合金，其存在的各種缺陷明顯降低。本發(fā)明的一種氰基配合物處理的鋁合金材料，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，該合金成分為Cu 1.0 3. 0%,Mn :彡 0. 2%,Mg :1. 2 1. 8%,N1:0. 8 1. 5%,Zn :彡 0. 3%,T1:彡 0. 15%，Si1. 2%, Fe^ 1.6%，氰基配合物變質(zhì)劑Yn[M(CN)m]為爐料總質(zhì)量的0. 01 2%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)。本發(fā)明所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料，氰基配合物變質(zhì)劑Yn[M(CN) J是指金屬與氰基分子形成的配合物，其中M代表Ag、Zn、Cd、Cu、Mn、Au、Co、N1、Fe或Pt, Y為H、Na或K。Yn[M (CN) m]具體的為陰離子[Ag (CN) 2] _、[Cu (CN) 2] _、[Mn (CN) 6]4- [Zn (CN) J 2_、[Au(CN)2]' [Cu(CN)4]3' [Ni(CN)4]2' [Fe(CN)6]4' [Cd(CN)4]2' [Fe(CN)6]3' [Ni(CN)5]3'[Co (CN)6]3'或[Pt (CN)4]2-與陽(yáng)離子H+、Na+或K+的組成的氰基配合物。本發(fā)明的所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料，氨基配合物變質(zhì)劑Yn[M(CN)J的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為20 200目。本發(fā)明所述的一種氰基配合物處理的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)，選定一組元素和氰基配合物變質(zhì)劑Yn[M(CN) 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(guò)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)使氰基配合物變質(zhì)劑YJM(CN)m]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)明所述的一種氰基配合物處理的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)明所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料的制備方法，其中保護(hù)性氣體還含有0. 1% 1%的氯氣。本發(fā)明達(dá)到的有益效果(I)除氫、除氧及其消除鋁合金中的渣Al2O3，凈化熔體，減少了鋁合金中的多種鑄造缺陷。首先在鋁熔體的高溫狀態(tài)下，氰基配 合物變質(zhì)劑YJM(CN)J分解出各元素的原子態(tài)，其中分解出的C、H在配合物分解的迅速擴(kuò)散，與鋁熔體中的H或0形成各種氣體，隨著保護(hù)性氣體的不斷攪拌作用，隨之一道從熔體中移除，可以顯著降低鋁合金中的氣孔、針孔；分解出的C在氯氣的作用下還可以與鋁渣Al2O3發(fā)生反應(yīng)，有效地降低了 Al2O3對(duì)鋁合金的有害影響。(2)有效地減少偏析、疏松和縮松。氰基配合物變質(zhì)劑YJM(CN)J在高溫下分解出的金屬元素的流動(dòng)很大，并且在保護(hù)性氣體的攪動(dòng)下，很均勻低分布在熔體中，在凝固的過(guò)程中起到了晶核的作用，由于分解出的金屬晶核細(xì)小且均勻，可以使整個(gè)鋁合金的晶格細(xì)化，很大程度上降低了偏析、疏松和縮松的產(chǎn)生。本發(fā)明的變質(zhì)劑的變質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)Yn[M(CN) J+e (高溫)一M(原子態(tài))+mC(原子態(tài))+mN(原子態(tài))+nY(原子態(tài))M+A1(液)一a (Al)共溶體一飽和共溶體一冷卻一過(guò)飽和固溶體M+A1 (飽和共溶體)一M-Al (金屬間化合物)C (原子態(tài))+H (鋁熔體)一CH4 (氣體)N (原子態(tài))+H (鋁熔體)一NH3 (氣體)C (原子態(tài))+Al (液)一Al4C3 (化合物)N (原子態(tài))+Al (液)一AlN (化合物) A1203+3C+3C12 (g) — 2A1C13 (化合物)+3C0 (氣體)
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
1.一種氰基配合物處理的鋁合金材料，其特征在于以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，該合金成分為Cu:1. O 3. 0%，Mn: ( 0. 2%, Mg:1. 2 1. 8%, N1: 0. 8 1. 5%, Zn: ( 0. 3%, T1: ( 0. 15%,Si1. 2%，F(xiàn)e1. 6%，氰配合物變質(zhì)劑Yn[M(CN)m]為爐料總質(zhì)量的0. 01 2%，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所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料，其特征在于氰配合物變質(zhì)劑Yn[M(CN) J是指金屬與氨基分子形成的配合物，其中M代表Ag、Zn、Cd、Cu、Mn、Au、Co、N1、Fe 或 Pt，Y 為 H、Na 或 K。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料，其特征在于氰配合物變質(zhì)劑Yn[M(CN)m]的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為20 200目。
4.一種如權(quán)利要求1 3所述的一種氰基配合物處理的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)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(guò)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(CN)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所述的一種氰基配合物處理的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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氰基配合物處理的鋁合金材料的制備方法，其特征在于其中保護(hù)性氣體還含有0.1°/ri%的氯氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氰基配合物處理的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:1.0～3.0%，Mn:≤0.2%，Mg:1.2～1.8%，Ni:0.8～1.5%，Zn:≤0.3%，Ti:≤0.15%，Si≤1.2%，F(xiàn)e≤1.6%，氰配合物變質(zhì)劑Yn[M(CN)m]為爐料總質(zhì)量的0.01～2%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，本發(fā)明的鋁合金材料的鑄造缺陷明顯降低。
文檔編號(hào)C22C1/06GK103060644SQ20111032513
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