[发明专利]一种再生铝中富铁相的变质剂及变质方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金中铁元素的变质剂及变质方法，具体是涉及一种再生铝中富铁相的变质剂及变质方法。

背景技术

Fe元素是再生铝中最为常见的杂质元素，在铝熔体中具有较高的溶解度，700℃、800℃时最大溶解度可高达2.5%和5.0%，但在室温下的固溶度很低，仅为0.05wt.%，其余铁相均以第二相的形式存在，通常称为富铁相。根据富铁相形态，大致可以分为两类，即α-Fe相和β-Fe相。其中β-Fe相主要以狭长针状形态分布在晶界中，受力时严重割裂基体，塑性急剧下降，同时影响铸锭品质及后续加工性能，极大制约了废铝的再生利用和铝资源的可持续发展。而α-Fe相呈汉字状、树枝等形态，割裂基体效应大幅减弱，改善合金延伸率，常作为基体的高温相和强化相，提高合金性能。

目前，国内外学者主要通过除铁或改变富铁相的形态来减缓其对再生铝合金性能的影响。其中改变富铁相形态不仅具有工艺简单、易操作、成本较低等优点，而且可将有害的杂质元素变成有益元素，实现杂质元素的综合利用，应用前景广泛。目前，常用于改善富铁相形态的方法有添加合金元素法，如Mn、Cr、Be、Co、Sr、Sc等元素；熔体处理法，如熔体保温、超声、电磁、机械振动等处理；改变冷却速度和后续热处理法。其中加Mn类元素，如Mn、Cr、Co等可抑制β-Fe相的形成，促使β-Fe相向α-Fe相转变，最为简单有效。但Mn的添加量通常要超过Fe含量的1.1倍，否则无法完全消除针状铁相，而此时容易形成粗大、致密的高熔点初生富铁相，同时较大幅度增加富铁相的体积分数，影响铝合金性能。

公开号为CN101899634A、名称为一种消除铝合金中针片状富Fe相的方法，公开了一种施加超声振动和添加合金元素Mn 相结合消除针状富Fe 相的方法。首先按Mn/Fe＝0.2～0.4 加入合金元素Mn，随后将过热铝合金液浇入到预设的盛浆容器内，启动超声振动0.2～8min，振动结束后。振动后的金属熔体成形得到的铝合金零件组织中富Fe相呈细小块状和颗粒状，合金的高温力学性能大幅提高，塑性韧性增强。

公开号为CN104278166A、名称为一种降低铝硅合金中铁相有害影响的方法，公开了一种熔体处理方法降低富铁相的危害。其过程为：将一部分含铁的过共晶铝-硅合金加热至过热状态，保温10min～30min后加入经预热剩余含铁的过共晶铝-硅合金，搅拌激冷、精炼、静置后浇注。经过该法所获合金中的针状铁相基本消失，拉伸强度和延伸率均有一定程度的提高。

上述CN101899634A涉及添加合金元素和超声振动技术相结合消除针片状铁相的方法，但该法需先将合金化后的铝熔体倒入预制的制浆容器中，并在制浆容器中实施超声振动，制浆容器需要加设加热和保温装置，工艺流程较为复杂，能耗、熔损较大。CN104278166A通过在过热熔体中加入固态合金，并辅以搅拌，从而达到激冷的效应，改善富铁相形态的目的，但现有研究结果表明过热剂搅拌激冷等措施仅能细化富铁相颗粒，无法达到消除针状铁相目的，性能改善较为有限，同时该法适用于小批量和实验室试验，不适于大规模工业化生产。因此，开发一种工艺简单、成本低廉的再生铝中杂质铁的变质剂和变质方法十分必要。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种低成本、易操作，能够改善富铁相形态，消除针片状富铁相，提高合金的抗拉强度和延伸率的再生铝中富铁相的变质剂及变质方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的再生铝中富铁相的变质剂，其特点是：主要由[Mn]剂和[B]剂组成，所述[Mn]剂为Al-Mn中间合金或由Al-Mn中间合金与Al-Cr中间合金、Al-Co中间合金中的一种或两种组成，所述[B]剂为Al-B中间合金或KBF₄或Al-B中间合金与KBF₄的混合物。

其中，所述Al-Mn中间合金中Mn的含量为10～40%。所述Al-Cr中间合金中Cr的含量为10～40%。所述Al-Co中间合金中Co的含量为10～40%。所述Al-B中间合金中B的含量为1～5%。

本发明所述的再生铝中富铁相的变质方法，其特点是包括以下步骤：

（1）将60～70%再生铝加热至400℃后保温10～30分钟，再升温至760～800℃；

（2）加入250℃的Mn/Fe原子比为0.3～0.65的[Mn]剂，缓慢搅拌；

（3）待[Mn]剂熔化后，加入剩余的30～40%再生铝，促使熔体温度降至710～720℃；