[发明专利]一种铝合金用的铝钪锆中间合金及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金用的铝钪锆中间合金及其生产方法，属于铝合金材料制造领域。

背景技术

铝合金铸造中为引入其他金属材料，常用的加入方式为中间合金，如Al-10RE，该中间合金采用对掺法生产，产品中存在许多高熔点的化合物，使用过程中容易造成成分不均匀。稀土在铝合金中的加入量0.2-0.6％，同样Zr在0.01-0.2％，Ti在0.005-0.1之间，过多则有害。但稀土金属活泼，容易烧损，存在效果时有时无的问题，不稳定，其效果同加入方式、工艺控制有极大的关系。

众所周知，Sc是一种最好Al合金变质元素，在轻质高强度铝合金7075中，加入钪可大幅度改善合金抗拉强度，焊接，耐蚀性能。由于钪的价格高，大量的使用导致成本上升。

发明内容

本发明解决的技术问题是，降低铝合金制造工艺中钪的使用，寻找一种可以部分代替钪的变质元素以形成中间合金。

本发明的技术方案是，提供一种铝合金用的铝钪锆中间合金，所述铝钪锆中间合金含2wt％的Sc和1-2wt％的Zr，余量为Al。

进一步地，本发明提供一种所述铝钪锆中间合金的生产方法，包括以下步骤：

将质量比为1：(0.1-0.3)的纯铝和复合变质剂放入炉中加热至熔化，然后在850-900℃下保温20-60分钟；倒出浮渣，金属液冷却得到铝钪锆中间合金；

所述复合变质剂中各成分的质量组成为：10-17％Sc₂O₃、5-15％ZrO₂、4-8％NaF、25-36％KCl、37-45％NH₄F、2-7％CaCl₂。

进一步地，所述纯铝为纯度大于99.8％的铝。

由于钪价格高，加入钪的同时，加入锆，用Zr替代部分Sc。研究发现在加入Sc的同时，加入Zr其综合性能不低于单独加钪，同时可降低钪的加量，降低成本，有利于产业商业化。研究表明锆替代钪30-50％，效果最好，过多的锆，会形成粗大的Al₃Zr相，降低锆效果。在铝合金材料中添加钪锆的含量分别不超过0.3％，如果总元素含量超过元素添加上限，则会形成粗大的初生Al₃(ScZr)相，降低了强化效果。在铝合金中加入钪锆，可形成Al₃(ScZr)粒子，该粒子成为形核质点，细化晶粒，并且抑制回复再结晶发生，强化合金。Al₃(ScZr)为球壳结构，球核富钪，外层富锆，相比钪原子，锆原子具有更低的扩散系数，因此，Al₃(ScZr)粒子比Al₃Sc粒子更稳定。在AlZnMgCu高强度合金中，在高强轻量化的要求下，加入0.2％的Sc、0.1％Zr即可将抗拉强度从500Mpa提升到700Mpa。再结晶升温T从400℃上升至550℃。材料保持好的高温强度，铝替代钢成为可能。该合金材料在航空航天、高速列车、汽车等领域得到广泛应用。这些材料合金都采用Sc且添加Zr，构成ScZr合金复合强化。加入AlScZr合金与单独加入Al-2Sc和Al-10Zr相比，可减少成分的不均匀性，并有利于减少生产成本。本发明生产的Al-2Sc-(1-2)Zr合金具有如下特点，

由于采用(ScZr)₂O₃混合物，从氧氯化锆生产的酸液提取的氧化钪，不用分离其中的杂质锆，原料不需要高纯Sc₂O₃。而现有AlSc生产采用高纯氧化钪，AlZr生产采用的是K₂ZrF6，存在价格高的缺陷。

生产方法采用熔盐先预反应，做成复合添加剂，再通过铝还原(ScZr)F₃，生产Al-2Sc-(1-2)Zr合金。ScZr在铝合金中的溶解度小，含量高时，容易造成偏聚，本发明由于采用水冷模加速凝固，生成的Al₃(Sc+Zr)相细小、均匀。在铝合金中添加强化效果更好，克服了其它未快速凝固生产Al-2Sc、Al-10Zr的产品晶粒粗大，锭子成分不均匀性、效果差异大缺点。