一種用于生產(chǎn)鋁合金的高含量鈦添加劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金的添加劑領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金鈦添加劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著鋁加工及鋁合金工業(yè)不斷發(fā)展，鋁合金的研制被列為重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)，合金 化是鋁合金生產(chǎn)工藝流程中重要的一環(huán)。合金添加元素在熔融鋁中的溶解是合金化的重要 過程。元素的溶解與其性質(zhì)有密切關(guān)系，受添加元素固態(tài)結(jié)構(gòu)結(jié)合力的破壞和原子在鋁液 中的擴(kuò)散速度控制。鋁合金常用的合金元素有：娃、鐵、銅、鎂、鎳、鋅、f凡等。一些低恪點(diǎn)或 溶解度大的合金元素如鎂、銅等可以直接加入鋁熔體中，而大部分熔點(diǎn)高的合金元素如鐵、 鎳、錳等，由于與鋁的熔點(diǎn)差距太大，無法直接進(jìn)行添加，需要通過中間合金的方式進(jìn)行加 入。這是因為如將鐵、鎳、錳等金屬熔化，則熔爐溫度必需達(dá)到l〇〇〇°C以上，而鋁的熔點(diǎn)只 有660°C，如果在1000°C以上的溫度下，則鋁熔體會汽化，且熔爐內(nèi)未汽化的鋁液在如此高 溫下極易與周圍的氧氣、氫氣、水等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成難以去除的雜質(zhì)，生成的鋁合金熔 體的合金含量與實(shí)際所需的合金含量偏差過大，從而導(dǎo)致合金機(jī)械性能無法滿足要求，造 成資源浪費(fèi)。
[0003] 為了避免上述不足，人們采用中間合金的方式降低合金元素熔融過程時所需的溫 度。中間合金的生產(chǎn)工藝是這樣的：首先將所煉制的合金中含量最大的、熔點(diǎn)較低的金屬熔 化。然后將熔點(diǎn)較高的及含量較少的元素加入，溶解而制成合金。熔煉中間合金時，需要添 加少量熔劑保護(hù)，以免氣體進(jìn)入合金，還可去除部分雜質(zhì)。熔化后要充分?jǐn)嚢?，使成分均?后鑄錠。有些高質(zhì)量的中間合金需要在真空中或保護(hù)氣氛下熔煉和澆鑄。評判鋁合金的品 質(zhì)好壞的主要標(biāo)準(zhǔn)是合金中是否含有雜質(zhì)或者雜質(zhì)含量的多少，理想的鋁合金是沒有雜質(zhì) 的，因此雜質(zhì)越少越好，因此對于鋁合金所用的中間合金的品質(zhì)要求極高，就需要在真空中 或保護(hù)氣氛下熔煉燒鑄，生產(chǎn)工藝條件要求高，生產(chǎn)成本高，而且效率大大降低。另外，由于 中間合金所含的合金元素含量較低，在稱料計算時，所用的中間合金量就會較大，為了保證 熔融中間合金的溫度，每次投放中間合金的量不能過多，加量過多會導(dǎo)致鋁熔體溫度降低， 無法熔解中間合金，所以生產(chǎn)同一型號的鋁合金時，用中間合金進(jìn)行合金化就需要采用多 次少量方式進(jìn)行添加投放在鋁熔體中，這樣就會導(dǎo)致產(chǎn)生如下問題：1、熔化中間合金所需 的時間過長；2、鋁熔體長時間與大氣中的氧氣、氫氣、碳、水分等其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成的 雜質(zhì)量增多，導(dǎo)致鋁合金的品質(zhì)降低；3、熔化時間長會增加能耗，會增加鋁熔體的燒損及吸 氣。
[0004] 由于中間合金存在的上述不足，已逐漸被淘汰，近年來人們開始采用將金屬粉末 與助熔劑充分混合壓制成型后加入鋁熔體中的方式進(jìn)行金屬的合金化。實(shí)施時，鋁合金熔 鑄的溫度通常為710°C左右，對于低熔點(diǎn)或熔解度大的合金元素直接以單質(zhì)金屬粉末的形 式加入鋁液中即可熔解，但對于錳、鐵、鉻、鈦等高熔點(diǎn)或熔解度小的合金元素，單質(zhì)金屬粉 末便很難熔解于鋁液中，如果將鋁液熔爐的溫度升高到錳、鐵、鉻、鈦金屬的溫度，則熔爐中 的鋁液便會氣化，因此解決的辦法是在鋁不會氣化的溫度下，快速將錳、鐵、鉻、鈦等金屬熔 解，為了達(dá)到此目的，人們已經(jīng)想到將猛、鐵、絡(luò)、鈦粉碎，并在粉末中添加助熔劑，并制成固 定形狀，即我們通常所說的錳劑、鐵劑、鉻劑、鈦劑，當(dāng)將錳劑、鐵劑、鉻劑、鈦劑投入到鋁液 熔爐中，助熔劑在鋁液中迅速發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量在一段時間內(nèi)能夠達(dá)到使錳、鐵、鉻、鈦 等金屬熔解的溫度，從而達(dá)到熔解。但是，此種方式需要大量的助熔劑才能實(shí)現(xiàn)，因此每塊 添加劑產(chǎn)品中，錳、鐵、鉻或鈦的含量最高只能達(dá)到85 %左右，如果將添加劑產(chǎn)品中的錳、 鐵、鉻或鈦的含量提高到90%以上，則相應(yīng)助熔劑的量則減少，在將產(chǎn)品加入到鋁液中后， 添加劑中的錳、鐵、鉻或鈦不能完全熔解；另外，為了避免添加劑產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中松散， 通常要將添加劑產(chǎn)品壓制成密度較高的餅狀或球狀，密度通常大于5.Og/cm3,但是對于密 度較高的添加劑產(chǎn)品，有如下的問題，以鈦添加劑為例：1、熔解比較緩慢，熔解時間通常為 20min以上，熔解時間長；2、加入鋁熔體的添加劑容易沉底，一旦沉底，一方面會導(dǎo)致鈦粉 熔解速度減慢，另一方面會導(dǎo)致鈦粉溶解后分散不均勻；3、較密實(shí)的添加劑產(chǎn)品在熔解過 程中表面會形成致密的保護(hù)膜，從而導(dǎo)致內(nèi)部無法繼續(xù)熔解，這樣就會使回收率較低，最高 僅能達(dá)到90 %左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種熔解時間短、鈦回收率高的用于生產(chǎn)鋁合金 的高含量鈦添加劑。
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供如下基礎(chǔ)方案：一種用于生產(chǎn)鋁合金的高含量鈦添加 劑，，主要由鈦粉、鋁粉、助熔劑壓制而成的餅狀或橄欖球狀，所述鈦粉、鋁粉分別在惰性氣 體保護(hù)下破碎，還包括表面活性劑，各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為：鈦粉85% -95%、鋁粉 4% -14. 49%、助熔劑0.01 % -5%、表面活性劑0.5 % -2%，上述成份壓制成形后的密度范 圍為：2. 6-3. 5g/cm3。
[0007] 本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0008] 1.添加劑中鈦粉的含量高，至少在90 %以上，在鋁合金鑄熔時，鈦劑中其主要作 用的是鈦粉，所以在鑄熔等量鋁合金時，本方案可以加入較少的量，達(dá)到相同的效果，這樣 就能節(jié)省原料。
[0009] 2.助熔劑是作為雜質(zhì)引入的，本方案所用的助熔劑含量非常低，所以極大的減少 了鋁合金中的雜質(zhì)含量。
[0010] 3.本發(fā)明的制備方法使用了表面活性劑，一方面，表面活性劑具有助懸作用，使用 表面活性劑后，使得本發(fā)明的添加劑即使是密度較大的產(chǎn)品，也能在鋁熔體中處于懸浮狀 態(tài)，不會沉底，在熔解的過程中，添加劑產(chǎn)品會在鋁熔體內(nèi)上下浮動，熔解速度加快，大大縮 短了添加劑熔解時間，另外，添加劑懸浮在鋁液中，而且添加劑產(chǎn)品會上下浮動，所以能使 鈦粉溶解后分散更均勻；另一方面，表面活性劑的憎水基能夠?qū)⒔饘俜勰┑谋砻婢酆显谝?起，使得金屬粉末接觸氧的機(jī)會減少，從而減少了鈦金屬及鋁金屬氧化膜的形成；再一方面 由于表面活性劑的聚合作用，添加劑產(chǎn)品處于較松散的狀態(tài)，但不會在運(yùn)輸中散開，這樣鈦 粉和鋁粉成型后的密度可以做的較小，能更快地熔解在鋁熔體中；上述幾方面的因素大大 提高了添加劑熔解的速度，縮短了熔解時間，回收率高。
[0011] 經(jīng)過熔解試驗得出，本發(fā)明的鈦粉回收率能在lOrnin左右就達(dá)到100%，鈦粉的回 收率非常高。
[0012] 優(yōu)化方案1，對基礎(chǔ)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述鈦粉85%、鋁粉10%、助熔劑3%、表 面活性劑2%，上述成份壓制成形后的密度為2. 6-3. Og/cm3。發(fā)明人經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，上述配比 和密度的添加劑產(chǎn)品熔解時間、鈦回收率均較優(yōu)。
[0013] 優(yōu)化方案2,對基礎(chǔ)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述鈦粉90%、鋁粉5 %、助熔劑3 %、表面 活性劑2%，上述成份壓制成形后的密度為3. 0-3. 5g/cm3。發(fā)明人經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，上述配比和 密度的添加劑產(chǎn)品熔解時間、鈦回收率均較優(yōu)。
[0014] 優(yōu)化方案3,對基礎(chǔ)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述鈦粉95%、鋁粉4%、助熔劑0. 01%、 表面活性劑0. 99%，上述成份壓制成形后的密度為3. 0-3. 5g/cm3。發(fā)明人經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，上 述配比和密度的添加劑產(chǎn)品熔解時間、鈦回收率均較優(yōu)。
[0015] 優(yōu)化方案4,對基礎(chǔ)方案、優(yōu)化方案1、2、3、4任一項的進(jìn)一步優(yōu)化，還包括粘結(jié)劑， 按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，粘結(jié)劑占0-3%。粘結(jié)劑能夠有效的將鈦金屬粉末聚合在一起，因此對于 粒徑過細(xì)的粉末很容易形成團(tuán)聚效果，更容易壓制成型，壓制成型的鈦添加劑不會因為粒 徑過細(xì)而分散，便于運(yùn)輸；同時在壓制時，無需將鈦添加劑壓的過于緊實(shí)，在較小密度下添 加劑也可成型。在將添加劑加入鋁熔體后，密度較小能快速地熔解。
[0016] 優(yōu)化方案5,對優(yōu)化方案4的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的粘結(jié)劑為聚陰離子纖維素。發(fā)明 人經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，使用聚陰離子纖維素作為粘結(jié)劑時，加入鋁熔體的添加劑會從外到內(nèi)逐漸 熔解，不會出現(xiàn)鈦粉燒損的現(xiàn)象。
[0017] 本發(fā)明的另一個目的在于提供基礎(chǔ)方案一：一種用于生產(chǎn)鋁合金的高含量鈦添加 劑的制備方法，包括（1)粉碎、（2)稱料、（3)混勻、（4)壓制、（5)干燥和（6)包裝，步驟1 中，是在惰性氣體保護(hù)下粉碎，粉碎后選取鈦粉的粒度范圍為10-700目，鋁粉的粒度分布 為40-500目，助熔劑粉末粒度分布為40-500目；步驟2和3之間，增設(shè)有如下步驟：根據(jù)步 驟2稱料所得的質(zhì)量總數(shù)，按照0. 5 % -2 %的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱取表面活性劑，并配制表面活性 劑溶液；步驟3混勻的過程是在隔絕空氣的環(huán)境下進(jìn)行，并將將上述配制好的表面活性劑 溶液灑入。
[0018] 上述制備方法的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0019] 1.本發(fā)明在制作金屬粉末時采用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，能有效防止金屬粉末表面形 成氧化膜。另外，步驟3混勻的過程是在隔絕空氣的環(huán)境下進(jìn)行，這樣可以有效防止鈦粉、 鋁粉被氧化。
[0020] 2.本發(fā)明的制備方法將表面活性劑配制成表面活性劑溶液，并將其噴灑在混合料 中，表面活性劑的含量較少，通過噴灑的方式能使表面添加劑與鈦粉、鋁粉充分混合。
[0021] 優(yōu)化方案7,對基礎(chǔ)方案一的進(jìn)一步優(yōu)化，步驟2和3之間，還增設(shè)有如下步驟：根 據(jù)步驟2稱料所得的質(zhì)量總數(shù)，按照0. 5 % -2 %的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱取粘結(jié)劑，并將其配制成粘 結(jié)劑溶液；在步驟3混勻的過程中，還將上述配制好的粘結(jié)劑溶液灑入。通過灑入的方式能 使粘結(jié)劑與鈦粉、鋁粉充分混合。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 本發(fā)明所述的表面活性劑為市售產(chǎn)品，不分類型均可使用?？梢允怯仓?、十二烷 基苯磺酸鈉、脂肪酸甘油酯、聚山梨酯等。以下各實(shí)施例中的表面活性劑采用十二烷基苯磺 酸鈉。
[0023] 本發(fā)明的助熔劑可以是六氟鋁酸鈉、氯化鈉、氯化鉀、氟化鈉、氟化鉀、硫酸鈉、碳 酸鈉等，以下各實(shí)施例中的助熔劑選用六氟鋁酸鈉。
[0024] 本發(fā)明的產(chǎn)品形狀可以是餅狀、橄欖球狀