專利名稱：：使用Al-Ti-C-Sr合金細化劑制備的再生鋁及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于再生鋁材料制備領(lǐng)域。具體來說，涉及一種使用A1-Ti-C-Sr合金細化劑制備的再生鋁及其制備方法。
背景技術(shù)：
：鋁廢料有很高的回收價值。鋁是最適合于回收和再生的金屬。汽車工業(yè)、建筑工業(yè)、電子工業(yè)和包裝工業(yè)鋁的回收率高，在67%92%之間。與生產(chǎn)原鋁相比，生產(chǎn)再生鋁在環(huán)境保護方面有顯著優(yōu)點。從廢鋁料生產(chǎn)再生鋁，二氧化碳排放量比用水電生產(chǎn)原鋁減少91%，比用燃油發(fā)電生產(chǎn)原鋁減少97%以上。在產(chǎn)量相同條件下，生產(chǎn)再生鋁的建廠投資僅僅為生產(chǎn)原生鋁的十分之一。在再生鋁的生產(chǎn)中，常用的鋁合金細化劑有A1-Ti-B和A1-Ti-C等，變質(zhì)劑有鈉鹽、鋁鍶中間合金、稀土等。自1986年Banerji等人通過采用特殊工藝，成功地制造出A1-Ti-C中間合金細化劑以來，Al-Ti-C合金細化劑的研究工作有了新的進展，研究人員探索出了多種不同的制備方法，如液-固反應(yīng)法、SHS(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis,自蔓延高溫合成)鑄造》去、XD(ExothermicDesposition，方夂熱反應(yīng)^去)^去、VLS(Vapor-liquid-solid，氣-液-固接觸反應(yīng)法)法、快速凝固法、接觸反應(yīng)法等，但這些方法生產(chǎn)成本高、設(shè)備復雜、條件苛刻，很難實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。目前國內(nèi)實驗室也研究了Al-Ti-B-Sr中間合金，但是B、Sr同時加入存在相互毒化問題。授權(quán)公告號為CN1298463C的"在超聲場作用下制備鋁鈦碳中間合金晶粒細化劑的方法"的發(fā)明專利中公開了一種制備方法。其中的鍶元素如果直接加入的話，在進行高溫反應(yīng)時，將不斷與空氣中的水蒸氣反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和無用的氧化鍶，在最終產(chǎn)品中產(chǎn)生針孔。該生產(chǎn)工藝中需要使用頻率達到15-25KHz的超聲波發(fā)生器，這類設(shè)備的購買成本和使用成本非常昂貴，不利于工廠大規(guī)模生產(chǎn)使用。基于上述情況，以往中并沒有重視Sr在合金細化劑中的良好變質(zhì)作用，為了彌補Al-Ti-B-Sr中間合金的不足，充分發(fā)揮Al-Ti-C細化劑的優(yōu)越細化性能和Sr的良好變質(zhì)作用，本發(fā)明提出將Sr和Al-Ti-C合金復合在一起制備一種新型Al-Ti-C-Sr合金細化劑的方法，并將該合金細化劑用于制備再生鋁，得到性能優(yōu)異的再生鋁。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種使用Al-Ti-C-Sr合金細化劑制備的再生鋁及其制備方法。本發(fā)明提供一種再生鋁，由下列組分組成，以重量百分比計，鍶0.2%-0.3%，硅6.5%-7.5%,鎂0.25%-0.4%,雜質(zhì)不大于0.7%，余量為鋁。其拉伸強度為220-250Mpa，延伸率為7%-13%，硬度為70-90HB。再生鋁的制備使用自制的Al-Ti-C-Sr合金細化劑，所述Al-Ti-C-Sr合金細化劑由下列組分組成，以重量百分比計為，鋁81.5%-86.5%，鈦4%-7%，碳0.3%-0.5%，鍶10%-11%。優(yōu)選為鋁84.7%,鈦5%，碳0.3%，鍶10%,或優(yōu)選為鋁81.5%，鈦7%，碳0.5%,鍶11%。本發(fā)明提供一種上述再生鋁的制備方法，包括將鋁含量為90-92wt^的含鋁廢料裝入石墨坩堝內(nèi)，然后將其在坩堝電阻爐內(nèi)加熱到74(TC士5t:溫度范圍熔化形成熔體，待含鋁廢料全部熔化后保溫15分鐘后加入鋁合金精煉劑進行精煉除氣，精煉完畢后扒去表面熔渣，將預(yù)熱的Al-Ti-C-Sr合金細化劑加入熔體，Al-Ti-C-Sr合金細化劑與含鋁廢料的重量比例為2:1000，保溫15分鐘后自然冷卻降溫至700-730°C，扒渣后澆注于預(yù)熱的金屬型中。該方法進一步包括制備所述的Al-Ti-C-Sr合金細化劑，包括以下步驟(1)石墨粉在坩堝電阻爐中700。C士5。C下預(yù)熱3060min，&1^6在干燥箱內(nèi)8(TC預(yù)熱3060min;(2)用中頻感應(yīng)爐熔化工業(yè)純鋁；(3)鋁熔體過熱至800900'C，加入預(yù)熱的氟鈦酸鉀和石墨粉；(4)用石墨攪拌器攪拌熔體；(5)在熔體表面撒上鋁合金覆蓋劑，保溫20min;(6)升溫至1200。C以上，保溫15min;(7)扒去表面鹽層和熔渣；(8)降溫至800900。C，加入預(yù)熱好的Al-10Sr合金，(Al-10Sr合金選擇在生成TiAl"TiC粒子后再加入鋁熔體)；(9)保溫后用石墨攪拌器攪拌；(10)澆鑄于砂型中。該方法進一步包括制備Al-10Sr合金，包括以下步驟1)用石墨坩堝熔化工業(yè)純鋁；2)待純鋁熔化后，升溫至83(TC;3)將工業(yè)純鍶加入鋁熔體；4)保溫15min;5)熔體經(jīng)攪拌后用惰性氣體進行精煉；6)扒渣后澆注到預(yù)熱的金屬型中。其中，所述的鋁合金覆蓋劑的組成，以重量百分比計為30%的NaCl，40^的KC1，NaF30%。使用的惰性氣體為高純氬氣，純度為99.9%。圖1Al-10Sr合金OM顯微組織；圖2Al-10Sr合金SEM顯微組織；圖3Al-Ti-C-Sr合金細化劑的OM顯微組織；圖4Al-Ti-C-Sr合金細化劑的SEM顯微組織；圖5(a)使用Al-Ti-C-Sr合金細化劑處理前再生合金的顯微組織；圖5(b)使用Al-Ti-C-Sr合金細化劑處理后再生合金的顯微組織。制備實施例1Al-10Sr合金的制備本實施例具體說明Al-10Sr合金的制備過程，首先用石墨坩堝熔化工業(yè)純鋁；將純鋁熔化后，升溫至83(TC;然后將工業(yè)純鍶加入鋁熔體；保溫15min;熔體經(jīng)攪拌后用高純氬氣(純度99.9%)進行精煉；扒渣后澆注到預(yù)熱的金屬型中獲得。然后對Al-10Sr合金進行顯微組織觀察。圖1為Al-10Sr合金OM顯微組織；圖2為Al-10Sr中間合金SEM顯微組織。由圖l，2可以看出，Al-10Sr中間合金組織由基體、板條狀組織和細針狀組織組成。板條狀組織寬度大約在20^im左右。由于Sr的加入使鋁熔體更容易吸氣，而含有鹵鹽的精煉劑又會使Sr的實得率降低，因此制備A1-Sr合金時需采取必要的除氣工藝。試驗采取向鋁熔體通氬氣的方法進行除氣精煉。有以上分析結(jié)果顯示，除氣效果明顯，合金成分穩(wěn)定、組織均勻。制備實施例2Al-Ti-C-Sr合金細化劑的制備本實施例用來說明Al-Ti-C-Sr合金細化劑。首先將石墨粉在坩堝電阻爐中700。C士5。C預(yù)熱3060min，K2TiF6在干燥箱內(nèi)80。C預(yù)熱3060min;用中頻感應(yīng)爐熔化工業(yè)純鋁；鋁熔體過熱至80090(TC，加入預(yù)熱的氟鈦酸鉀和石墨粉；用石墨攪拌器攪拌熔體；在熔體表面撒上烙體重量10%的鋁合金覆蓋劑，保溫20min;升溫至120(TC以上，保溫15min;扒去表面鹽層和熔渣；降溫至800900°C，加入預(yù)熱好的Al-10Sr合金(Al-10Sr合金選擇在生成TiAl3、TiC粒子后再加入鋁熔體)；保溫后用石墨攪拌器攪拌；澆鑄于砂型中獲得，其具體組成為，以重量百分比計如下鋁81.5%-86.5%，鈦4%-7%，碳0.3%-0.5%，鍶10%-11%。圖3和4為Al-Ti-C-Sr合金的顯微組織。從圖中可以看出，Al-Ti-C-Sr合金組織由A1基體、板條狀相、塊狀相、網(wǎng)狀相組成。當Ti元素在純鋁中含量超過0.15。％時會與Al結(jié)合成金屬間化合物TiA13，因熔體溫度和冷卻速度的不同TiA13會出現(xiàn)三種不同的形態(tài)從高溫快速度凝固時成花瓣狀(petal-like);高溫慢速凝固時成板條狀(plate);低溫時得到塊狀(blocky)，但是三種形態(tài)都具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。通過對板條狀相能譜分析發(fā)現(xiàn)，板條狀相中出現(xiàn)A1、Ti兩種元素的峰，分析認為該板條狀相為TiAl3。從分布上看，板條狀TiA13排列很有方向性，沿相互平行的直線排列。對塊狀相和部分板條狀TiAl3周圍依附的相進行能譜分析，發(fā)現(xiàn)二者均由Al、Ti、Sr三種元素組成，分析認為塊狀相和部分板條狀TiAl3周圍依附的相為Al、Ti、Sr三元化合物，而網(wǎng)狀相則為TiC粒子。制備實施例3使用Al-Ti-C-Sr合金細化劑對再生合金進行細化處理原料原料為再生鋁料、Al-Ti-C-Sr合金細化劑(Sr重量百分比大于10%)及其它用料。制備設(shè)備及工具加熱設(shè)備為坩堝電阻爐、烘箱，其它工具有扒渣工具、鐘形罩、攪拌工具及金屬型等。再生合金熔煉熔煉過程為用石墨坩堝在坩堝電阻爐內(nèi)74(TC熔化再生合金，待再生合金全部熔化后保溫15分鐘，用鋁合金精煉劑進行精煉除氣。精煉完畢后扒去表面熔渣，將預(yù)熱的Al-Ti-C-Sr合金細化劑加入再生合金熔體，Al-Ti-C-Sr合金細化劑與再生合金的重量比為2:1000，保溫15分鐘后自然冷卻降溫至720°C，扒渣后澆注于預(yù)熱的金屬型中。顯微組織分析圖5(a)為Al-Ti-C-Sr處理前后再生合金的顯微組織。從圖中可以看出，未添加Al-Ti-C-Sr的再生合金(x-Al呈樹枝狀，且晶粒粗大，共晶硅也呈粗大層片狀；添加A1-Ti-C-Sr的再生合金的a-Al晶粒呈卵圓形，晶粒明顯細化，層片狀共晶硅被變質(zhì)成點狀或纖維狀。從組織上看，Al-Ti-C-Sr合金對再生合金具有細化和變質(zhì)雙重作用。經(jīng)Al-Ti-C-Sr細化的再生合金熱處理后力學性能分別對未加Al-Ti-C-Sr和添加A1-Ti-C-Sr的再生合金做T5熱處理，即固溶處理后不完全人工時效。具體熱處理工藝參數(shù)見表l。表1再生合金T5熱處理工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>T5熱處理后，對未添加Al-Ti-C-Sr細化劑和添加了Al-Ti-C-Sr細化劑的再生合金進行拉伸性能測試，拉伸試樣參照《金屬材料室溫拉伸試驗方法》(中華人民共和國國家標準GB/T228-2002)加工。未添加Al-Ti-C-Sr細化劑的再生合金和添加Al-Ti-C-Sr細化劑的再生合金經(jīng)T5熱處理后的力學性能見表2(參見MA檢測報告)。表2未加Al-Ti-C-Sr和加Al-Ti-C-Sr的再生合金(T5)力學性倉'<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>由表2可知，T5熱處理后再生+Al-Ti-C-Sr合金的平均抗拉強度較再生合金增加59.7MPa，伸長率增加24%。以上分析表明，Al-Ti-C-Sr細化劑對再生合金有較強的細化變質(zhì)能力。雖然上文以再生合金為例對A1-Ti-C-Sr細化劑的細化變質(zhì)作用進行了說明，但合金領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地認識到，該Al-Ti-C-Sr細化劑可以用于各種再生鋁的處理過程并起到相同的良好細化變質(zhì)作用，應(yīng)該指明的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對上述實施例進行各種改變和修改，但這些都不脫離本發(fā)明的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范圍。權(quán)利要求1、一種使用Al-Ti-C-Sr合金細化劑制得的再生鋁，其特征在于，由下列組分組成，以重量百分比計，鍶0.02％-0.03％，硅6.5％-7.5％鎂0.25％-0.4％雜質(zhì)含量不大于0.7％余量為鋁。2、如權(quán)利要求l所述的再生鋁，其特征在于，拉伸強度為220-250Mpa，延伸率為7%-13%，硬度為70-90HB。3、如權(quán)利要求1或2所述的再生鋁，其特征在于，制備所述再生鋁使用的Al-Ti-C-Sr合金細化劑由下列組分組成，以重量百分比計，鋁81.5%-86.5%鈦4%-7%碳0.3%-0.5%鍶10%-11%。4、如權(quán)利要求3所述的再生鋁，其特征在于，所述A1-Ti-C-Sr合金細化劑由下列組分組成，以重量百分比計為，鋁84.7%;鈦5%;碳0.3%;鍶10%。5、如權(quán)利要求3所述的再生鋁，其特征在于，所述A1-Ti-C-Sr合金細化劑由下列組分組成，以重量百分比計為，鋁81.5%鈦7%;碳0.5%;鍶11%。6、一種制備權(quán)利要求l一5中任一項所述的再生鋁的方法，包括將鋁含量為90-92wtX的含鋁廢料裝入石墨坩堝內(nèi)，然后將其在坩堝電阻爐內(nèi)加熱到740°C士5。C溫度范圍熔化形成熔體，待含鋁廢料全部熔化后保溫15分鐘后加入鋁合金精煉劑進行精煉除氣，精煉完畢后扒去表面熔渣，將預(yù)熱的A1-Ti-C-Sr合金細化劑加入熔體，Al-Ti-C-Sr合金細化劑與含鋁廢料的重量比例為2:1000，保溫15分鐘后自然冷卻降溫至700-730°C，扒渣后澆注于預(yù)熱的金屬型中。7、如權(quán)利要求6所述的制備再生鋁的方法，其中所述Al-Ti-C-Sr合金細化劑的組成以重量百分比計如下鋁81.5%-86.5%，鈦:4%-7%，碳:0.3%-0.5%，鍶10%-11%。8、如權(quán)利要求6所述的制備再生鋁的方法，進一步包括制備所述的Al-Ti-C-Sr合金細化劑，包括以下步驟(1)石墨粉在坩堝電阻爐中700。C士5。C下預(yù)熱3060min，K2TiF6在干燥箱內(nèi)80℃預(yù)熱3060min;(2)用中頻感應(yīng)爐熔化工業(yè)純鋁；(3)鋁熔體過熱至800900℃，加入預(yù)熱的氟鈦酸鉀和石墨粉；(4)用石墨攪拌器攪拌熔體；(5)在熔體表面撒上熔體重量的10%的鋁合金覆蓋劑，保溫20min;(6)升溫至1200℃以上，保溫15min;(7)扒去表面鹽層和熔渣；(8)降溫至800900°C，加入預(yù)熱好的Al-10Sr合金；(9)保溫后用石墨攪拌器攪拌；(10)澆鑄于砂型中。9、如權(quán)利要求7所述的制備再生鋁的方法，進一步包括制備Al-10Sr合金，包括以下歩驟(1)用石墨坩堝熔化工業(yè)純鋁；(2)待純鋁熔化后，升溫至830℃;(3)將工業(yè)純鍶加入鋁熔休；(4)保溫15min;(5)熔體經(jīng)攪拌后用惰性氣體進行精煉；(6)扒渣后澆注到預(yù)熱的金屬型巾。10、如權(quán)利要求8所述的制備再生鋁的方法，其中所述的鋁合金覆蓋劑的組成，以重量百分比計為30X的NaCl，40X的KC1，NaF30%。11、如權(quán)利要求9所述的制備再生鋁的方法，所述使用的惰性氣體為高純氬氣。12、如權(quán)利要求8或9所述的制備再生鋁的方法，所述反應(yīng)過程均在封閉環(huán)境下進行，反應(yīng)產(chǎn)生氣體經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾后進入中和塔進行處理。全文摘要本發(fā)明公開了一種使用Al-Ti-C-Sr合金細化劑制造的再生鋁及其制備方法。制備出的再生鋁的組分為，以重量百分比計，鍶0.02％-0.03％，硅6.5％-7.5％，鎂0.25％-0.4％，雜質(zhì)含量符合ZL101A標準，F(xiàn)e≤0.2％，Cu≤0.1％，Zn≤0.1％，Mn≤0.1％，雜質(zhì)總量＜0.7％，余量為鋁。所述Al-Ti-C-Sr合金細化劑由下列組分組成，以重量百分比計為，鋁81.5％-86.5％，鈦4％-7％，碳0.3％-0.5％，鍶10％-11％。使用本發(fā)明中的合金細化劑進行再生鋁的生產(chǎn)，方法簡單，不污染環(huán)境，并且通過Sr元素在細化劑中的合理配比，充分發(fā)揮了該細化劑優(yōu)異的細化功能和變質(zhì)功能，得到的再生鋁產(chǎn)率高，性能優(yōu)異。文檔編號C22C21/02GK101205581SQ200710156950公開日2008年6月25日申請日期2007年11月21日優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日發(fā)明者宏李,葛炳灶,陳曉龍申請人:葛炳灶