[发明专利]一种铝锆合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金制备技术领域，具体说是一种铝锆合金的制备方法。

背景技术

在工业生产中，微量的锆添加运用于超轻的铝基合金中，其作用：一是细化铸态晶粒，二是铸锭均匀化处理时形成均匀弥散的Al₃Zr，抑制变形加工再结晶行为，控制晶粒大小和形状，从而提高铝合金的淬透性、断裂韧性、抗应力腐蚀性能等。常用的Al-Zr合金制备方法主要为对掺法，原料为金属海绵锆粉和电解铝，在普通熔炉内进行熔化并保温足够时间，采用机械、电磁或人工搅拌后，铸入模中。利用此方法生产的铝锆合金存在原料成本高、搅拌后合金中微量杂质含量高、锆难与铝结合、成分存在偏析等，严重影响被添加铝合金材料的使用性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种杂质含量低、铝锆结合好的铝锆合金的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种铝锆合金的制备方法，首先将铝锶合金放置于坩埚底部，再将二氧化锆与冰晶石、锆氟酸钾和氯化钠混合均匀并覆盖于铝锶合金上部，各组分配比按重量比为：二氧化锆∶冰晶石∶锆氟酸钾∶氯化钠∶铝锶合金＝22～25∶40～60∶40～60∶30～50∶80～130，然后加热坩埚使其温度达到960～1150℃，反应90～120min，生成铝锆合金液，最后将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术，本发明以廉价易得的电熔氧化锆为原料，无污染，成本低，且制备得到的铝锆合金的含锆量可达到4％～7％，铝和锆的含量总和超过99％，杂质含量低，锆在铝锆合金中部分以小尺寸Al₃Zr化合物形式存在且分布均匀，覆盖剂熔盐及原料氧化锆可重复利用，工艺简单易行。

附图说明

图1所示为实施例1～5制得的铝锆合金的金相结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：通过原料成分控制和高温还原工艺，采用二氧化锆为原料，铝锶合金为复合还原剂，冰晶石、锆氟酸钾和氯化钠为覆盖剂熔盐(其中，锆氟酸钾和氯化钠可以起到在高温下助推氧化锆表面锶热还原反应的作用)，在960～1150℃的高温下使熔融铝液中氧化锆表面发生如下还原反应：Al-Sr+ZrO₂＝Al-Zr+SrO₂，从而制备出含锆量可达4％～7％，铝和锆的含量总和超过99％，锆在铝锆合金中分布均匀的铝锆合金。从上述还原反应可知，本发明制得的铝锆合金中的铝和锆以化学键形式结合，结合稳定不易偏析，且部分还以小尺寸Al₃Zr化合物形式存在，作为中间合金添加到铝合金材料中时可以大大提高被添加铝合金材料的淬透性、断裂韧性、抗应力腐蚀性能等加工性能和使用性能。

具体的，本发明提供的铝锆合金的制备方法，首先将铝锶合金放置于坩埚底部，再将二氧化锆与冰晶石、锆氟酸钾和氯化钠混合均匀并覆盖于铝锶合金上部，各组分配比按重量比为：二氧化锆∶冰晶石∶锆氟酸钾∶氯化钠∶铝锶合金＝22～25∶40～60∶40～60∶30～50∶80～130，然后加热坩埚使其温度达到960～1150℃，反应90～120min，生成铝锆合金液，最后将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：区别于现有技术，本发明以廉价易得的电熔氧化锆为原料，无污染，成本低，且制备得到的铝锆合金的含锆量可达到4％～7％，铝和锆的含量总和超过99％，杂质含量低，锆在铝锆合金中部分以小尺寸Al₃Zr化合物形式存在且分布均匀，覆盖剂熔盐及原料氧化锆可重复利用，工艺简单易行。

进一步的，所述坩埚为氧化锆坩埚或石墨坩埚。

进一步的，所述铝锶合金中铝和锶的重量比为铝∶锶＝19～33∶3～7，纯度≥99.8％。

进一步的，所述二氧化锆为粉末状，粉体细度≤500目，纯度≥99％。

实施例1

首先将配比铝∶锶＝14∶3的复合还原剂铝锶合金放置于坩埚底部，然后将纯度≥99.5％的500目全通过ZrO₂原料与熔剂冰晶石、锆氟酸钾、氯化钠混合均匀，并覆盖于铝锶合金上部，各组分配比按重量比为：氧化锆∶冰晶石∶锆氟酸钾∶氯化钠∶铝锶合金＝24∶50∶55∶42∶115；然后加热坩埚使其温度达到1020℃，进行还原反应120min，生成铝锆合金液；最后将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。