[发明专利]铝合金中杂质元素硅的去除方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属材料技术领域的纯化方法，具体是涉及一种铝合金中杂质元素硅的去除方法。

背景技术

随着铝合金应用的不断扩展，对其纯净度的要求越来越高。对于大多数变形铝合金而言，硅是其主要的杂质元素。由工业纯铝配置的铝合金中的杂质硅元素主要来自原铝，而原铝中的硅主要来源于铝电解冶炼过程中氧化铝原料和炭素阳极中含有的SiO₂杂质，另外，在铝合金熔炼过程中与耐火材料的接触也会造成硅的污染。在由工业纯铝配置而成的一些铝合金体系中的杂质硅元素与合金元素生成AlFeMnSi、Mg₂Si以及(Fe₂Cr)₃SiAl₁₂等一些硬脆相。这些硬脆相，呈粗大针片状、汉字状或块状等，与α-Al有着不同的弹性模量、膨胀系数，在其尖角处易出现应力集中，严重割裂基体，降低了材料的强度和塑韧性，在受力状态下首先产生脆断，不但成为材料的断裂源，且加速了材料的破断过程，显著降低加工制品的塑性、变形能力、疲劳寿命和断裂韧性等。目前，工业上主要通过偏析法或三层液法来生产纯度较高的精铝和高纯铝，该方法不仅能去除原铝中的硅，也能同时去除其他大部分杂质元素，但是生产效率低，产量小，成本高。用价格昂贵的精铝或高纯铝熔配合金往往是不经济的，而且也没有必要。

对现有技术文献检索发现，针对铝合金中主要杂质元素硅的去除，还没有具有明显降硅效果的方法。东北大学的张磊等，发表的名称为：交变磁场分离铝熔体中Fe、Si的金属间化合物(《轻金属》2005(1)：53-56)，通过在800℃下的铝熔体中加入1.2％的Mn元素把含Fe、Si的金属间化合物从原来的针状和树枝状改变为有利于电磁分离的块状，从而使得Si、Fe元素通过电磁净化得以部分去除，硅元素含量从原始的0.55％降至0.51％。但是该方法引入了对铝熔体有害的元素Mn，且对硅元素的去除效率很低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铝合金中杂质元素硅的去除方法。该方法使用方便，操作工艺简单，成本低廉，在去除铝合金中杂质元素硅的同时不会造成合金元素含量的变化或带来其他有害杂质。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过在铝合金熔体中加入含钛物质，反应生成Ti(Al_1-xSi_x)₃或钛硅化合物捕获固溶铝合金熔体中的硅元素，然后通过净化工艺去除富硅化合物，实现熔体中硅元素的去除，并使残留的钛含量与添加含钛物质前相当。

本发明步骤如下：

(1)将含钛物质加入至铝合金熔体中；

(2)在铸造前通过过滤和/或电磁净化工艺去除铝液中的含硅化合物，经过精炼的铝液随后浇铸成锭或直接铸轧成板材，实现铝液中硅元素的净化去除。

步骤(1)中，所述的含钛物质，是指：含钛化合物或铝钛中间合金或纯钛颗粒。

所述的含钛化合物为二氧化钛、氟钛酸钾或它们的混合物。在铝合金熔体中只需加入其中一种化合物就能达到良好的除硅效果。

所述的含钛化合物，其加入方式：可以单独加入铝合金熔体中，也可以和普通精炼剂混合均匀后一起加入。

所述的含钛物质，其加入量：应使得铝合金熔体中钛的质量百分数为0.2％-3％。

所述的含钛物质是含钛化合物时，则以下操作步骤为：铝合金在熔炼炉或保温炉内熔化并在700℃-800℃保温，通过喷粉机将烘干脱水后的含钛化合物或含钛化合物与普通精炼剂的混合物随气体(N₂或Ar)喷射入熔体内，并使得其在整个熔池内充分混合，铝液在精炼后保温30分钟-90分钟；

所述的含钛物质是铝钛中间合金或纯钛颗粒时，则以下操作步骤为：铝合金在熔炼炉或保温炉内熔化并在700℃-800℃保温，加入铝钛中间合金或纯钛颗粒，待其熔化后进行搅拌，使得钛元素在整个熔池内分布均匀，铝液经精炼后保温30分钟-90分钟。

步骤(2)中，所述的过滤净化工艺，具体为：将含有富硅化合物的铝液通过规格为15ppi-40ppi的泡沫陶瓷过滤器；

步骤(2)中，所述的电磁净化工艺，具体为：将含有富硅化合物的铝液通过孔径为3mm-20mm的蜂窝状陶瓷管分离器，并通过螺线管线圈施加频率10kHz～30kHz、磁感应强度0.02T-0.10T的交变磁场。