[发明专利]含细分散的铋、镉、铟和/或铅的铝合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含细分散的，在固态铝中溶解度很低的金属的铝合金及使其凝固的方法，所述的金属，比如是铋、镉、铟和/或铅。

多年来，科学技术的进展导致了不断提高的高性能铝合金的开发和交易。这些改进的性能一直是按特性要求通过确定更狭窄的和更精确的这类合金的目标组成范围而达到的，这些合金包含有掺有也在很窄的组成范围中的很少量的化学元素。

打算用来制造电解质电容器的精炼铝可作为这种进展的极端例子提出来，这种铝的性能可能通过掺入痕量的(ppm或ppb级)的特定元素，如铋、镉、铟和/或铅而被明显改善。

以痕量掺入的这些金属的有益效果的例子被述于多篇文献中，特别是：

J    53    114059(SHOWA AL)

J    54    043563(SHOWA AL)

J    57    057856(SHOWA AL)

J    57    110646(SUMITOMO AL及TOYO)

J    63    288008(SUMITOMO LIGHT METALS)

J    01    128419(SUMITOMO LIGHT METALS)中。

这些专利，虽然它们对所需的掺入作了范围足够宽的限定，但未详细说明完成这种掺入的具体方法，也未规定优选的含量范围，而这范围在实践中是非常窄的。

实施将这些有益于该金属最终用途的元素非常少量地和非常精确地添加的广为接受的方法由中间合金的加入、熔融和分散所组成，所述的中间合金含有这些进入欲被作最适宜的调整的液态铝合金熔池中的有益元素，其量为使在该熔融金属中的有益元素的最终含量在一被认为是最佳的范围中。

本中请人认为，这种被广为接受的操作方法，在采用即使非常纯的市售中间合金时，仍导致不确定的和散乱的结果，这种结果是与用这种方法，特别是在将添加属于铋、镉、铟和铅所构成的物组中的金属，其量在最终合金中又不超过10ppm的情况下所用此法生产的产品所要求的优化的最终性能不一致。

通过考察能解释这种结果的过份的可变性的原因，本申请人认为：其主要原因可能是所用的中间合金的组成不够均匀。

通常，这些市售中间合金是通过将这种熔融的中间合金注入锭模中经自然凝固而获得的，这样作，为的是得到用于对该组成作必要调整的模铸块。这些模铸块经常以厚度为数厘米的模铸板的形状出现，该模铸块可以被分割，或被铸成重几百克的锭。

但是本申请人对这些产品的仔细检查却表明：重的添加金属，如熔点很低的，很难溶于固态铝中而且非常致密的铋、镉、铟及铅，以很不均匀的方式不正常地分散着，而且经常以尺寸大于20微米，有时大于1mm的小球或晶粒的状态存在着。

那么，可以认为这类大尺寸的和非常致密的小球或晶体由于其密度的原因而滞留在熔炼炉的底部，，而且认为这样沉积下来的添加金属的大尺寸的小球和晶体的很小的比表面积会导致这些致密的添加金属以很小的溶解和扩散速度溶于较不致密的液体铝合金熔池中，从而造成这些金属最终含量的不定和混乱。

那么，要解决的难题则生产这样一种含铋、镉、铟和/或铅的中间合金，其中，这些致密的而难熔于铝的元素被很细地，以遍及整个体积的均匀的方式分散于铝的基体中。

如果将示于图1a，1b，1c和1d中的二元合金Al—Bi、Al—Cd，Al—In和Al—Pb的相图放在一起观察，可以认定这些相图是极相似的，从而Bi、Cd、In和Pb构成一组非常特殊的和非常类似的铝合金元素的。

可能在很大程度上解释所遇到的具体困难的基本点是：含这些难在固态铝中溶解的金属的铝合金显示出在液态中的(在这些相图中以(L1)＋(L2)标出)分离现象，这意味着，通常的含这些金属的铝的中间合金不可避免地在固态时是两相的和不均匀的，而且不可避免地包含合金元素非常富集，而铝贫泛的区域。

缺乏合金金属的铝先凝固，“排斥”富含致密合金金属的液体，因而这种液体由于表面张力和重力作用具有集聚成大的不均匀的球的倾向。

因此急于找到获得含有不可乎略含量的属于Bi、Cd、In和/或Pb的物组的“重”金属添加物的中间合金的途径就变得可以理解了，在该合金中这些金属是很细地被分散于铝基体中的。对市售产品的检查证实了这种分析。

然而，本发明提供一种新颖的铝的中间合金，它含有重金属添加物，其量大于这些金属在铝中的最大溶解度，为了使其具有在液态铝合金中的高的溶解速度和溶解能力，它们被很细地分散着。