[发明专利]一种速熔硅添加剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学和铸造技术，特别提供了一种铝合金制备及其加工工业用新型速熔硅添加剂。本发明还涉及该添加剂的制备方法和应用。 

背景技术

在铝合金中，硅是最普遍使用的合金元素。在配制含硅铝合金生产中，过去和现在加硅的工艺方法主要有两种： 

(1)直接加结晶硅，即先将结晶硅铺设炉底，再在其上铺压铝锭，点火升温，熔化。 

(2)使用铝硅中间合金。 

采用第一种方法的最大好处是成本低，但始终存在如下问题： 

(1)硅的熔解时间长，吸收率不稳，难以准确控制目标成份，需要二次补加调整； 

(2)在一般熔炼温度下结晶硅不能完全熔解，铝液包裹未完全熔解的微小结晶硅，形成硅夹杂，严重影响铝液质量； 

(3)在铝锭熔化前的升温阶段，铺设炉底的硅表面容易氧化，可形成大量不熔的SiO₂小夹杂。在变形铝合金的实际生产中，后两点几乎肯定影响最终加工产品(型、板、带、棒材)的表面质量及内在强度。因此，直接加硅不应使用。 

第二种方法是目前广为使用的加硅方法，但也有两缺点： 

(1)一般市售铝硅合金，多采用废杂铝或低纯铝生产，投入炉中会降 低主料纯净度。 

(2)硅含量低，用量大，温降大。 

(3)成本较高。 

速熔硅添加剂可有效解决以上问题，给含硅铝合金的配制引入了一个革命性的工艺变革。 

据统计，我国铝熔铸业对各种硅添加剂年需求量近5万吨，产值可达10亿元，世界铝熔铸业对各种硅添加剂的年需求量近20万吨，其经济效益极为可观。速熔硅添加剂作为一种新型的加硅工艺，目前我国科研机构及生产厂家目前对其重视程度还不够。我们还应在此方面做大量的工作。 

中国发明专利CN200610161265.5提供一种含有超细或纳米铝粉的速熔硅剂，以硅块为核心，铝粉、熔剂和粘结剂在硅块的外表面形成包覆层；按照下述重量百分比配料：铝0.1-10％，熔剂0.1-5％，粘结剂0-5％，余量为硅块。所述铝粉平均粒径小于5um的超细及纳米铝粉；所述核心硅块的粒径为50mm以下。这一发明的添加超细或纳米铝粉的速熔硅剂具有以下特点：1)加入方式简单，在正常的铝合金熔铸温度熔化迅速，实收率高，含量稳定，容易控制。2)熔剂含量少，熔体质量高。试验检查表明，在火焰反射炉中750℃加入添加超细或纳米铝粉的速熔硅剂并进行搅拌，10分钟后即可使硅实收率达到95％。其他文献也报道了一种速熔硅添加剂，硅含量通常在95％以上，铝液温度在700℃以上，熔化时间在8-30分钟，硅的实收率大于90％。以上技术对速熔硅的研究开发和应用技术均作出了较大贡献，但添加剂的配方和工艺仍是其技术关键。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型铝合金速熔硅添加剂的配方、工艺及其制备方法，用该添加剂加入铝合金中时，硅含量≥95％，熔化温度≤690℃，熔化时间≤5分钟，回报率≥98％；而且其用量少，加入方便工艺简单易于控制。目前国内虽已见硅含量≥95％速熔硅添加剂研发与应用的文献报道。但是在熔化温度、熔化时间和回报率等技术指标本上本发明的速熔硅添加剂均优于其他产品。 

本发明提供了一种新型铝合金速熔添加剂，其特征在于添加剂的主要化学成分的质量百分比为：助溶剂0.1-12％、改性剂0.1-8％、粘结剂0-6％，余量为硅块。其中助熔剂选自氟氯酸钾、氟铝酸钾、氟硅酸钾、氟硅酸钠中的一种或多种；改性剂选自二氧化钛、六氯乙烷、氟化钠和氯化钠中的一种或多种；粘结剂选自高岭土、耐火粘土、滑石粉、粉状水玻璃、水中的一种或多种。 

氟化物助熔剂的作用机理是涂敷在硅表面的氟化物在高温熔融状态迅速反应释放出大量热量，使硅在较低温度下迅速熔化，并与铝块速均匀合金化。 

改性剂的作用是增加添加剂表面活性，进一步促进硅熔化更快更彻底，与铝合金化更快。 

粘结剂选自铝合金熔铸工业常用于坩蛊、浇铸工具和锭模涂料及其普通的高岭土、滑石粉、粉状水玻璃和水；其作用是使助熔剂和改性剂均匀致密地包裹在硅块表面，促使硅块在局部绝热情况下迅速熔化。 

速熔硅添加剂的制备方法，其特征在于：以助熔剂、改性剂、粘结剂、硅块为原料，按照助熔剂0.1-12％、改性剂0.1-8％、粘结剂0-6％，其余为硅块，放入高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌所得混合物取出后自然风干，然后将风干后的混合物转入烧结反应炉中通入蒸汽加热加压，最后取出冷却至常温得到速熔硅添加剂。