[发明专利]一种铝合金变质处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金变质方法。

背景技术

工业上常常采用变质处理的方法来细化铝合金晶粒，生产中常用的变质剂有型核变质剂和吸附变质剂。型核变质剂的作用机理是向铝熔体中加入一些能够自发产生非自发晶核的物质，使其在凝固过程中通过异质型核而达到细化晶粒的目的。Ti是常用的型核变质剂，Ti在铝液中可以形成TiAl₃细化质点，细化组织。吸附型变质剂主要用于高硅铝合金的变质处理，其作用机理是变质剂元素的原子半径大，在合金中固溶量小，在晶体生长时富集在相界面上，阻碍晶体长达，又能形成较大的成分过冷。Na是常用的吸附型变质剂，当铝合金溶液温度降到铝的液相线温度附近时，钠的溶解度减小，析出大量高度弥散钠胶质质点，吸附于硅的晶核表面，形成一层薄膜，阻碍晶体的长大，使硅结晶过冷度增加。

目前工业用型核变质剂大多以中间合金形式加入熔体，Ti通常是以Al-Ti-B中间合金加入，使用这种加入方法存在如下问题：一是对于节能不利，含有高浓度变质元素的中间合金的熔铸环节，需要很高的温度(＞1000℃)；铝合金熔炼时加入中间合金，“溶解”并“稀释”变质元素再铸造，这个过程相当于多了一个“熔炼—铸造”环节，而中间合金中大量的铝只起到储存变质元素的作用，其所消耗的能量完全是无效的；二是铝中间合金变质剂中的有效元素很难充分发挥作用，尽管中间合金的基体也是铝，但生产中间合金时，高熔点元素、难溶解元素与铝发生合金化的过程是很难控制的，有效元素的偏析、铝的烧损量增加和大量杂质的混入，都在所难免，对于杂质限量要求极为严格的高性能合金生产，往往变质剂带入的杂质就足以使化学成份超过限制范围；同时，微观状态下大量聚集的有效变质元素仍然处于单质结晶团块状态，在熔融铝的温度下(＜800℃)根本无法完全溶解和熔化，只有表面极薄的膜层由于与铝可能产生合金化反应而起到部分变质作用，其余大量的聚集态都是怎么加进去就怎么存在，变质作用因而大打折扣。

吸附型变质剂通常以化合物的形式加入，Na是通过钠盐的混合物加入熔体，混合物中起作用的是NaF。这种加入方法存在的问题是： 不同钠盐的分子量不同，用混合物添加不好控制Na的加入量，而且NaF有毒，影响操作者健康。

发明内容

本发明要解决的技术问题:

针对现在铝合金铸造中变质方法所存在的问题，本发明提供了一种采用Na₂TiO₃作为变质剂的变质处理方法。

本发明的技术方案：

一种铝合金的变质处理方法，使用Na₂TiO₃作为变质剂，具体包括以下步骤：

步骤1：对合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；

步骤2：精炼除渣后，以保护性气体对熔体进行除气作业，同时使变质剂Na2TiO3以流态化方式随保护性气体加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体至变质剂反应完毕。

步骤3：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。

Na₂TiO₃变质剂的加入量为炉料总量的1ppm～0.1%。

在步骤2中，保护性气体是指氮气、氩气或氮气与氩气的混合气体。

本发明的有益效果：

1、省去了制作中间合金这个环节，避免了无谓的浪费，减少了冶炼环节。

2、Na₂TiO₃分子晶体高温下分解出原子态的Ti,具有微观皮米级(pm)的种子作用范围，达到在加入纯金属或中间合金时无法达到的微细结构状态和纳米级(nm)聚集态，在熔体中形成Al-Ti相，细化晶体，改善合金的力学性能和耐腐蚀性能。

3、Na₂TiO₃分子晶体高温下分解出原子态的Na，作为吸附变质剂，抑制硅的晶核生长。

4、变质剂用量少，变质效果高，过量和不足的表现特征明显，从而容易精确掌握用量。

5、变质剂以流态化方式加入熔体，可以快速均匀的扩散在熔体中，利用效率很高。

具体实施方式：

步骤1：按下表选定每元素和物质配方，并按配制的合金总量1000kg，推算出所需的每种物质的重量。