專利名稱：含硼化物的鋁合金錳添加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的添加劑，具體地說，是一種含硼化 物的鋁合金錳添加劑。
技術(shù)背景隨著全球?qū)δ茉春铜h(huán)保要求的不斷提高，再生鋁合金在我國鋁工業(yè)生產(chǎn)中占 有愈來愈重要的地位，因為重新熔鑄廢鋁需要的能源要遠低于原鋁的煉制過程。 但廢鋁來源廣泛，分選困難，雜質(zhì)種類通常很多，且含量普遍較高，這是再生鋁 生產(chǎn)面臨的一個主要困難，降低其中的雜質(zhì)含量到允許的范圍內(nèi)是目前研究的主 要方向。鐵是其中最普遍的雜質(zhì)元素，且對合金的性能危害最大。由于鐵在鋁中 的固溶度很小(0.05wt.。/。)，因此一般與A1、 Si等元素一起形成富鐵相，這些富 鐵相尤其是針片狀的硬脆P-ALFeSi相與基體有不同的膨脹系數(shù)和楊氏模量， 容易形成應力源，從而影響到合金的力學性能(塑性、韌性、疲勞強度)。目前，用于消除鐵相危害的方法主要是通過加入合金元素(Mn、 Cr等)將凝 固組織中的針狀富鐵相的形態(tài)改變?yōu)槲：^小的塊狀相，或者在熔體中加入合金 元素形成初生富鐵相后通過過濾或電磁分離的方式降低鐵的含量，工業(yè)上常用的 是添加Mn元素。然而，由于金屬錳的熔點很高(1244'C),正常的鋁合金熔鑄溫 度只有710-750°C，因此，如何將高熔點的Mn經(jīng)濟有效地加入到鋁液中是一個 關(guān)鍵的問題。傳統(tǒng)的方法是在高溫下將Mn與Al制成中間合金，破碎后加入到鋁 液中，該方法在制成中間合金和破碎的過程中會消耗大量的能源，制得的中間合 金Mn含量不高， 一般為10wtJ，且Mn在Al中極易偏析造成中間合金成分不均 勻?，F(xiàn)在開發(fā)的錳添加劑一般是采用單質(zhì)錳粉和少量助劑制成的， 一般含有 70wt. %左右的錳。該種錳劑吸收率取決于錳粉的顆粒分布和大小。錳粉直徑越細， 粒度越均勻，且表面無氧化，吸收率才會提高。因此，生產(chǎn)猛粉是一個復雜、高 耗能的工藝過程，吸收率大于95%的錳劑需要用磨篩機在氬氣保護條件下制備錳 粉。且添加A1-Mn合金或是錳劑都會導致爐溫下降，這對熔煉都是不利的。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，文獻《新型高效速熔錳添加劑應用前景》(劉 亮，劉國凡.中國錳業(yè)，2004， 22(2) :13-16)中介紹了開發(fā)新型錳添加劑對鋁 工業(yè)和鋼鐵工業(yè)的重要性，熔化速度、吸收率、成本、環(huán)保等是錳劑發(fā)展的重要 方向。該文中開發(fā)的新型錳劑采用了純Mn(^99.5y。)制備的錳粉，考察了錳粉粒 徑對實收率的影響，發(fā)現(xiàn)粒徑略大的錳粉實收率大、熔化慢而粒徑略小的錳粉實 收率小、熔化快的矛盾。因此對錳粉粒徑的控制是一個很困難的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡便有效的含硼化物的鋁 合金錳添加劑。本發(fā)明能夠強烈迅速地在鋁熔體中反應，還原出Mn，實收率高， 反應是放熱反應，不會引起爐溫的降低。而且比通常的錳劑更快、更容易生成初 生富鐵相，同時降低了Mn的加入比例，減小了Mn的殘留，而且該添加劑使用方 便、操作工藝簡單、成本低廉。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明添加劑的化學組成在鋁熔體覆蓋 劑的基礎上做了調(diào)整，并加入了硼化物來緩解氯化錳揮發(fā)，其組分質(zhì)量百分含量 范圍為10-25%氯化鈉(NaCl) 、 10_25%氯化鉀(KC1) 、 1_10%氟鋁酸鈉(Na線)、 1-10%硼酸鈉(Na2BA)、 30-75y。氯化錳(MnCl》。本添加劑只需加入鋁合金熔體后 保溫5-30分鐘即可顯著提高Mn含量。進一步的，本發(fā)明上述組分的質(zhì)量百分含量的優(yōu)選范圍為15%_20%氯化鈉、 15%-20%氯化鉀、4%-8%氟鋁酸鈉、3%-7%硼酸鈉、40%-60%氯化錳。本發(fā)明上述的添加劑，其生產(chǎn)方法為先將各種原材料分別放入不銹鋼容器 中，然后將容器放入烘箱，升溫到15(TC-20(TC，保溫2小時-3小時后，將料取 出待用。按熔劑配方準確稱取各個成分，用球磨機在300轉(zhuǎn)/分的速度下，球磨 1小時-2小時，隨后，將其密封包裝。添加劑在使用前，在15(TC-20(TC烘干1 小時-2小時。使用時，當鋁或鋁合金在熔煉爐內(nèi)熔化并保溫一段時間后，通過噴粉機將錳 添加劑隨氣體(N2或Ar)噴射入熔體內(nèi)，并使得錳添加劑在整個熔池內(nèi)充分混 合，鋁液在添加劑加入后5-30分鐘即可進行后續(xù)的除鐵工序，如過濾、電磁分離。本發(fā)明提供的錳添加劑具有高效、操作方便等優(yōu)點。A1-.Vh合金添加劑的Mn吸收率只有50-60%，現(xiàn)有錳劑的吸收率極少能夠達到90%以上， 一般為70%左 右，而本發(fā)明的錳添加劑的錳吸收率一般在80%左右，如根據(jù)實際工況優(yōu)化工 藝，能夠達到90%以上，而且，相比傳統(tǒng)Al-Mn合金和金屬錳劑，Mn殘留少、 制作工藝簡單、能更高效地生成初生富鐵相。在熔劑的使用過程中，氯化錳能夠 迅速分解，生成的錳在熔體中有濃度起伏，使鐵相在局部錳含量較高的區(qū)域的形 核核心更容易長大到臨界尺寸，這意味著鐵相的形核更容易，因此熔體中能夠迅 速形成大量的初生富鐵相。本發(fā)明適合鋁合金的熔煉要求，具有極佳的粘度和表 面張力，熔劑與鋁的分離性好，兼有熔體覆蓋保護的功能。熔劑的化學穩(wěn)定性好， 有害氣體量少，符合工業(yè)衛(wèi)生標準及廢氣排放標準。而且熔劑加入方便、操作工 藝簡便、成本低廉。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限 于下述的實施例。實施例1:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %鋁合金錳添加劑成分(質(zhì)量百分數(shù))10%氯化鈉(NaCl) 、 10%氯化鉀(KC1)、 2y。氟鋁酸鈉(Na.3AlFe)、 3%硼酸鈉(Na細、75%氯化錳(MnCU 。錳添加劑配制方法將各種原材料分別放入不銹鋼容器中，然后將容器放入 烘箱，隨爐升溫到20(TC，保溫2小時后，將料取出待用。按配方準確稱取各個 成分，用球磨機在300轉(zhuǎn)/分的速度下，球磨2小時，隨后，在150。C烘干1小 時。使用時，當鋁或鋁合金在熔煉爐內(nèi)熔化并保溫一段時間后，通過噴粉機將 0.5%錳添加劑隨氣體(化或Ar)噴射入熔體內(nèi)，并使得錳添加劑在整個熔池內(nèi) 充分混合，添加后保溫30分鐘，Mn含量從0. 4%升到0. 52%， Mn吸收率為78%。實施例2:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %鋁合金錳添加劑成分(質(zhì)量百分數(shù))18%氯化鈉(NaCl) 、 18%氯化鉀(KC1)、 8%氟鋁酸鈉(Na臭)、6%硼酸鈉(Na2B:107) 、 50%氯化錳(MnCl》。錳添加劑配制方法將各種原材料分別放入不銹鋼容器中，然后將容器放入 烘箱，隨爐升溫到18(TC，保溫3小時后，將料取出待用。按配方準確稱取各個成分，用球磨機在300轉(zhuǎn)/分的速度下，球磨2小時，隨后，在200'C保溫2小 時。使用時，按實施例1的加入方法加入1%的錳添加劑，添加后保溫10分鐘。 Mn含量從0. 4°/。升到0. 61%, Mn吸收率為96%。 實施例3:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %鋁合金錳添加劑成分(質(zhì)量百分數(shù))25%氯化鈉(NaCl) 、 25%氯化鉀(KC1)、 5%氟鋁酸鈉(Na線)、5%硼酸鈉(Na2B407) 、 40%氯化錳(MnCl2)。錳添加劑配制方法將各種原材料分別放入不銹鋼容器中，然后將容器放入 烘箱，隨爐升溫到15(TC，保溫3小時后，將料取出待用。按配方準確稱取各個 成分，用球磨機在300轉(zhuǎn)/分的速度下，球磨1小時，隨后，在20(TC保溫2小 時。使用時，按實施例1的加入方法加入1. 5%的錳添加劑，添加后保溫5分鐘。 Mn含量從0. 4%升到0. 58%， Mn吸收率為92%。 實施例4:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %鋁合金錳添加劑成分(質(zhì)量百分數(shù))10%氯化鈉(NaCl) 、 10%氯化鉀(KC1)、 10。/。氟鋁酸鈉(Na3AlF6)、 10%硼酸鈉(Na2B407)、 60%氯化錳(MnCU 。錳添加劑配制方法將各種原材料分別放入不銹鋼容器中，然后將容器放入 烘箱，隨爐升溫到20(TC，保溫3小時后，將料取出待用。按配方準確稱取各個 成分，用球磨機在300轉(zhuǎn)/分的速度下，球磨2小時，隨后，在200。C保溫2小 時。使用時，按實施例1的加入方法加入1%的錳添加劑，添加后保溫5分鐘。 Mn含量從0. 4%升到0. 65%， Mn吸收率為82%。 實施例5:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %鋁合金錳添加劑成分(質(zhì)量百分數(shù))20%氯化鈉(NaCl) 、 20%氯化鉀(KC1)、5%氟鋁酸鈉(Na3AlF6) 、 5%硼酸鈉(Na2BA) 、 50%氯化錳(MnCl2)。錳添加劑配制方法將各種原材料分別放入不銹鋼容器中，然后將容器放入烘箱，隨爐升溫到15(TC，保溫2小時后，將料取出待用。按配方準確稱取各個 成分，用球磨機在300轉(zhuǎn)/分的速度下，球磨2小時，隨后，在15(TC保溫1小 時。使用時，按實施例1的加入方法加入0. 5%的錳添加劑，添加后保溫5分鐘。 Mn含量從0. 4%升到0. 5%， Mn吸收率為92%。 實施例6:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %鋁合金錳添加劑成分(質(zhì)量百分數(shù))25%氯化鈉(NaCl) 、 25%氯化鉀(KC1)、 10%氟鋁酸鈉(Na:風)、10%硼酸鈉(Na2B407) 、 30%氯化錳(MnCl2)。錳添加劑配制方法將各種原材料分別放入不銹鋼容器中，然后將容器放入 烘箱，隨爐升溫到200'C，保溫2小時后，將料取出待用。按配方準確稱取各個 成分，用球磨機在300轉(zhuǎn)/分的速度下，球磨2小時，隨后，在150'C保溫2小 時。使用時，按實施例1的加入方法加入0. 5%的錳添加劑，添加后保溫30分鐘。 Mn含量從0. 4%升到0. 45%， Mn吸收率為76%。 實施例7:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %鋁合金錳添加劑成分(質(zhì)量百分數(shù))25%氯化鈉(NaCl) 、 25%氯化鉀(KC1)、 3%氟鋁酸鈉(Na3AlF6) 、 2%硼酸鈉(Na2B407) 、 45%氯化錳(MnCl2)。錳添加劑配制方法將各種原材料分別放入不銹鋼容器中，然后將容器放入 烘箱，隨爐升溫到20(TC，保溫2小時后，將料取出待用。按配方準確稱取各個 成分，用球磨機在300轉(zhuǎn)/分的速度下，球磨1.5小時，隨后，在15(TC保溫2 小時。使用時，按實施例1的加入方法加入0. 5%的錳添加劑，添加后保溫30分鐘。 Mn含量從0. 4%升到0. 48%， Mn吸收率為81%。
權(quán)利要求
1、一種含硼化物的鋁合金錳添加劑，其特征在于，包含的組分及質(zhì)量百分含量為10％-25％氯化鈉、10％-25％氯化鉀、1％-10％氟鋁酸鈉、1％-10％硼酸鈉、30％-75％氯化錳。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含硼化物的鋁合金錳添加劑，其特征是，包含的 組分及質(zhì)量百分含量為15%-20%氯化鈉、15%-20%氯化鉀、4%-8%氟鋁酸鈉、3%_7% 硼酸鈉、40%-60%氯化錳。
全文摘要
本發(fā)明公開一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的含硼化物的鋁合金錳添加劑，包含的組分及質(zhì)量百分含量為10％-25％氯化鈉、10％-25％氯化鉀、1％-10％氟鋁酸鈉、1％-10％硼酸鈉、30％-75％氯化錳。本發(fā)明能夠強烈迅速地在鋁熔體中反應，還原出Mn，實收率高，反應是放熱反應，不會引起爐溫的降低。而且比通常的錳劑更快、更容易生成初生富鐵相，同時降低了Mn的加入比例，減小了Mn的殘留，而且該添加劑使用方便、操作工藝簡單、成本低廉。
文檔編號C22C1/06GK101255514SQ20081003483
公開日2008年9月3日 申請日期2008年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月20日
發(fā)明者孫寶德, 俊 王, 達 疏, 葛維燕, 高建衛(wèi) 申請人:上海交通大學