[发明专利]用于厨具的高Fe含量Al-Fe-Mn合金及其制法

说明书

一种用于厨具的高Fe含量Al‑Fe‑Mn合金及其制法，属于金属材料及冶金领域。一种用于厨具的高Fe含量Al‑Fe‑Mn合金，其含有的成分及各个成分的质量百分比为：Fe为1.0‑1.5％，Mn为0.3‑0.7％，Si≤0.5％，Cu≤0.25％，Zn≤0.25％，Ti≤0.25％，Sr为0.1‑0.35wt％，余量为Al和不可避免的杂质，其中，杂质总含量≤1.0％，同时，满足Fe+Mn的质量百分比≤2.0％。该制备方法为：配料、熔炼、浇铸，根据铸锭的不同进行后续处理。该方法通过变质处理，改变合金中的粗大金属间化合物相Al₆(FeMn)以及Al_l5(MnFe)₃Si₂相的尺寸和形貌，减轻它们对合金力学性能的损害，提高了合金中Fe的含量，充分发挥Fe元素的优势。

技术领域

本发明属于金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种用于厨具的高Fe含量Al-Fe-Mn合金及其制法。

背景技术

铝合金在炊具、餐具中有广泛应用，比如，铝制的电饭锅的内胆、铝制的炒锅、铝制的饭盒等。炊具餐具用铝合金以AA3003和3A21合金为主。AA3003铝合金含有的化学成分及各个成分的质量百分比为Mn 1.0-1.5wt％，Cu 0.05-0.2wt％，Fe≤0.7wt％，Si≤0.6wt％，Zn≤0.1wt％，余量为Al。3A21铝合金含有的化学成分及各个成分的质量百分比为Mn 1.0-1.6wt％，Cu≤0.2wt％，Mg≤0.05wt％，Fe≤0.7wt％，Si≤0.6wt％，Zn≤0.1wt％，Ti≤0.15。3030铝合金和3A21铝合金都是Al-Mn系合金，成分略有不同。其中，金属元素Mn是其主要元素。一方面，Mn原子固溶到Al基体中，产生固溶强化效果，使合金强度得到提高。而另一方面，Mn虽然是人体必需的微量元素，但是人体吸收过量的Mn会对呼吸、生殖和神经等系统产生危害(见“荆俊杰，谢吉民，微量元素锰污染对人体的危害，广东微量元素科学，2008年第15卷第2期第6页)。降低Al-Mn系铝合金中的Mn含量，有利于控制人体从炊具餐具中吸收过量Mn的风险。

Fe是对人体健康有帮助的元素，用Fe替代炊具餐具用铝合金中的一部分Mn对人体健康有积极意义。另一方面，AA3003和3A21合金是主要的热传输用材料，用Fe替代AA3003或3A21合金中的部分Mn，可以提高合金的导热性能以及高温性能，可以提高合金的使用温度。

虽然在理论上提高合金中的Fe含量有很多优点，但是，高Fe含量合金在实际生产中的一些问题阻碍了它的发展与应用。在3000系铝合金中，Fe和Mn结合在合金中形成金属间化合物相Al₆(FeMn)相，如果合金中含有Si，可能会形成Al_l5(MnFe)₃Si₂相。这些金属间化合物相对合金的力学性能有破坏作用，而且金属间化合物相越粗大，对力学性能的破坏作用越强烈。所以必须将Mn和Fe的含量限制中一定范围，防止形成粗大的金属间化合物相。另一方面，Fe与Mn的比例对Al₆(FeMn)相或Al_l5(MnFe)₃Si₂相的形貌有显著影响。Fe含量越高，金属间化合物相的形貌越倾向于呈针状或板条状。这种针状或板条状相对力学性能的破坏作更大，而冷加工性能恶化。因此在AA3003系合金中，Mn含量为1.0-1.5wt％，Fe含量≤0.7wt％，实际生产中往往控制在下限，Fe元素的优势没有得到有效利用。

发明内容