专利名称：一种高洁净度铝钛硼合金细化的制造方法
技术领域：
本发明涉及铝钛硼合金材料的制造工艺，特别指一种高洁净度铝钛硼合金细化的 制造方法。
背景技术：
铝合金晶粒细化剂的发展大致分为以下几个阶段20世纪40年代，使用含Ti 、B、Zr、Nb等的盐熔物质作为细化剂；50年代，普遍使用含有Ti、B元素的盐块剂；60 年代，AlTi合金块锭(含Ti5%，6%，10%)作为普遍使用的细化剂；70年代开发出AlTiB 丝(AlTi5%Bl%)，这种含钛、硼元素的细化剂相比于单独的含钛元素(AlTi)的细化剂，具有 极强的细化效果；20世纪80年代至今，铝钛硼丝出现了不同的成分含量(如AlTi5%Bl%、 Α1Τ 3%Β1%,Α1Τ 5%Β0. 2%等)。目前，用铝钛硼细化剂已成为铝合金晶粒细化最普遍和有 效采用的工艺方法。目前，铝钛硼细化剂已经成为铝及其合金细化处理最高效、稳定细化 剂。
在制备铝合金晶粒细化剂的方法中，按原料分为氧化物法、氟盐法、纯钛颗粒法 等；按制备工艺分为铝热还原法、电解法、自蔓延高温合成法等。到目前，全世界制备铝钛 硼中间合金最广泛和有效的方法为氟盐法，即利用氟钛酸钾和氟硼酸钾通过铝热反应制造 出铝钛硼合金。此方法生产的铝钛硼合金其细化效果强且十分稳定。但其缺点是由于在合 金化过程中产生的副产物氟铝酸钾盐以及反应所带入的金属化合物杂质以及熔盐对耐火 材料的腐蚀带入的夹杂物，很难从铝钛硼合金中有效的彻底去除。导致这些杂质随细化剂 而带入被细化的合金当中去。极大的减弱了铝合金细化效果。同时低熔点盐类杂质的存在 导致被细化合金的热加工性能和焊接性能恶化。不能够满足不断发展的高精密，高品质铝 合金材料铸造过程中晶粒细化处理的需求。
目前的铝钛硼细合金化剂，由于在其制造的合金化过程中需加入大量氟钛酸钾和 氟硼酸钾盐，铝热反应产生大量的氟铝酸钾盐副产物、氟盐所含杂质带入铝液以及氟化盐 对炉衬的腐蚀，而带入大量含铁、硅、镁、钙等的夹杂物，这些低熔点的氟氯酸钾盐和化合物 杂质难以和合金液分离，而部分存在于细化剂中，使其细化效果大大减弱，同时也为被细化 铝合金液带进新的杂质成分。特别是低熔点的氟铝酸钾等盐类的夹杂物存在于细化剂中， 并被带入被细化铝合金中，将恶化被细化铝合金的热加工、焊接等性能，使其产生热裂。不 能满足日益增长和不断创新的高精尖、高品质铝合金材料的细化处理的要求。发明内容
本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种能 满足高精尖、高端铝合金细化处理的高洁净度铝钛硼合金细化的制造方法。
本发明将原材料纯铝、氟钛酸钾、氟硼酸钾的重量比为11-12 2-3 :1_2。在电磁力 作用下合金化，用氧化铝粉中和表面低熔点浮渣，用石墨(或其它不被铝腐蚀材料)管通氩 气让铝液翻滚沸腾带出铝液中包裹的残渣，利用惰性气体氩气和旋转除气机对铝钛硼合金液作除气处理，最后让在一种特殊配制覆盖熔剂的保护下，铝液升温至过热条件，并通过氧 化铝泡沫陶瓷过滤器过滤后，浇铸成华夫锭或者通过连铸连轧机生产成铝钛硼丝。具体包 括以下步骤1、将所需重量的铝锭熔化并加热至700-740°C，加入氟钛酸钾和氟硼酸钾混合料，在中 频(200-2500赫兹)电磁场搅拌作用下合金化。
2、待铝热反应完毕、成分合格后，倾倒出浮于铝表面的反应副产物，并用氧化铝粉 中和剩余的残液后撇渣。随后将合金液温度提升至740-780° C和感应炉加热保温，并于铝 液表面撒上约5-10mm的氧化铝粉层。
3、用一根约20mm孔径的石墨管(或耐铝腐蚀的其它管)通氩气(或氮气)，让铝液从 下至上连续翻滚沸腾，不断有残渣液浮出，并被铝液表面的氧化铝粉吸附中和，过程持续大 约20-30分钟。
4、当铝液在740_780°C，利用小气泡旋转除气精炼技术，在铝液温度740-780°C， 用旋转除气机在300-400rpm的石墨转子内通氩气除气精炼，气体流量根据铝液的重量不 同控制在10-30ml/min.左右，并测量其含氢量。当含氢量达0. aiil/100gAl以下时停止除 气处理。
5、当铝液在800 °以上过热状态下，需要铝液表面撒上氯化钾、氟化钠和氧化铝粉 按重量3:1:1组成的特殊盖剂层，这种特殊成分的覆盖层将在高温下避免合金液氧化和吸气。
6、将上述特殊高温覆盖剂层下的铝液温度上升至900-950° C，同时将铝液在这 种特殊覆盖剂层的保护下，导入装有氧化铝陶瓷过滤器的过滤箱体，对合金液体进行过滤。
7、将过滤后的合金液经过温降至720-760° C后，撇除表面浮渣，浇铸成华夫锭和 连铸连轧制成光滑的铝钛硼丝线材。
本发明的优点及有益效果本发明通过一种新的制造工艺，制造出高洁净度的铝钛硼合金细化剂。该工艺能有 效的分离出铝钛硼合金液中的氟化盐和其它夹杂物，使得铝钛硼合金细化剂中所含杂质减 少、洁净度大幅度提高。通过金相检查，1平方厘米出现0. 1毫米尺寸以上夹杂物的可能性 介于6-8% ；每平方厘米出现0. 2毫米以上夹杂物的可能性介于2-3% ；每平方厘米出现0. 5 毫米杂质的可能性为0. 5-1. 0%。同时其含氢量可控制在0. 3-0. 3ml/100gAl.更好地满足高 精尖、高品质铝合金细化处理的要求。
本发明方法生产的材料洁净度高，所含反应副产物氟铝酸钾盐以及铁、硅、镁、钙 的化合物杂质很低。极大的减少了铝合金在熔炼铸造过程中由于添加细化材料所带来的含 铁、硅、镁、钙的化合物杂质，以及氟铝酸钾等盐类杂质污染对铝合金材料带来的危害，具有 更强的细化效果和对被细化铝合金基本上很少带入夹杂污染。
具体实施方式
实施例1 高洁净铝钛硼丝(Α1 5Β1)的制造含钛5%和含硼1%的成份的铝钛硼细化剂是一种最广泛的用于变形铝合金，特别是铝 合金型材和板、带等制造的细化材料。
将1050kg99. 7%铝锭加入中频感应铝中熔化，并加热至720° C，在中频电磁力(频率1000赫兹)作用下加入230kg纯度98%的氟钛酸钾和120kg纯度98%的氟硼酸钾混合 料于铝熔体表面，并保持铝液温度。继续中频电磁搅拌和保温30分钟，待反应完毕，取样 成分合格后(钛含量4. 5-5. 5%，硼含量0. 8-1.洲)，倾倒出浮于铝表面的反应副产物，并用5 公斤氧化铝粉撒在铝液表面中和剩余的残液后撇渣。将合金液温度提升至750° C并感应 炉加热保温和1000赫兹频率下中频电磁搅拌，并于铝液表面撒上约5公斤的氧化铝粉层将 铝液覆盖。利用一根约20mm孔径的石墨管通氩气，让铝液从下至上连续翻滚沸腾，不断有 残渣液浮出，并被浮于表面氧化铝粉吸附，一直处理30分钟后停止，撇渣。然后，利用小气 泡旋转除气精炼技术，用旋转除气机对铝液进行除气处理。在750°C，使用旋转除气机，用 300rpm转速的石墨转子通氩气除气精炼，气体流量控制在15ml/min。并不断测量氢含量， 大约30分钟，当H < 0. 2ml/100gAl，停止除气处理，并用氧化铝粉中和处理表面低熔点残 渣。将铝液表面撒上5公斤由氯化钾、氟化钠和氧化铝粉按重量3:1 1组成的特殊覆盖剂 层，利用中频感应电炉升温，将铝液温度上升至920° C后，在特殊覆盖剂的保护下将过热 的铝合金液导入装有氧化铝陶瓷过滤器的过滤箱体中，对合金液体进行在线过滤处理，陶 瓷过滤器的孔径为20ppi，尺寸为200mm X 200mm X 50mm。将过滤后的铝液降温至750° C, 浇铸成Α1 5Β1的华夫锭或者连铸连轧成Α1 5Β1的铝钛硼丝。可得到成分合格，合金中 含气含渣量低的铝钛硼合金。具体为通过金相检查统计表明，1平方厘米出现0. 1毫米尺 寸以上夹杂物的可能性6. 6% ；每平方厘米出现0. 2毫米以上夹杂物的可能性2. 5% ；每平方 厘米出现0. 5毫米杂质的可能性为0. 9%。同时其含氢量0. 27ml/100gAl.实施例2 高洁净铝钛硼合金AlTi5B0. 2的制造含钛5%和含硼0. 2%的成份的铝钛硼细化剂是一种广泛的用于铝合金型材，特别使用 部分回炉料做原料的铝合金型材熔铸的细化处理材料。
将1050kg99. 7%铝锭加入中频感应铝中熔化，并加热至700-740° C，在中频电磁 力(频率1000赫兹)作用下加入230kg纯度98%的氟钛酸钾和25kg纯度98%的氟硼酸钾 混合料于铝熔体表面，并保持铝液温度。继续中频电磁搅拌和保温30分钟，待反应完毕，取 样成分合格后(钛含量4. 5-5. 5%，硼含量0. 18-0.对％)，倾倒出浮于铝表面的反应副产物， 并用3公斤氧化铝粉撒在铝液表面中和剩余的残液后撇渣。将合金液温度提升至750° C 并感应炉加热保温和1000赫兹频率下中频电磁搅拌，并于铝液表面撒上约3公斤的氧化 铝粉层将铝液覆盖。利用一根约20mm孔径的石墨管通氩气，让铝液从下至上连续翻滚沸 腾，不断有残渣液浮出，并被浮于表面氧化铝粉吸附，一直处理20分钟后停止，撇渣。然后， 利用小气泡旋转除气精炼技术，用旋转除气机对铝液进行除气处理。在750°C，使用旋转除 气机，用300rpm转速的石墨转子通氩气除气精炼，气体流量控制在15ml/min。并不断测量 氢含量，当H < 0. 2ml/100gAl，停止除气处理，并用氧化铝粉中和处理表面低熔点残渣。铝 液表面撒上氯化钾、氟化钠和氧化铝粉按重量3:1:1组成的特殊高温防氧化和吸气覆盖剂 层，利用中频感应电炉升温，将铝液温度过热至920° C后，将铝液在此特殊覆盖剂层的保 护下，导入装有氧化铝陶瓷过滤器的过滤箱体中，对合金液体进行过滤处理，陶瓷过滤器的 孔径为30ppi，尺寸为200mm X 200mm X 50mm。将过滤后的铝液降温至750° C,通过铸造 线浇铸成Α1 5Β0. 2的华夫锭和通过连铸连轧生产线制成Α1 5Β0. 2的铝钛硼丝。可得到 成分合格，合金中含气含渣量低的铝钛硼合金。具体为通过金相检查统计表明，1平方厘 米出现0. 1毫米尺寸以上夹杂物的可能性6. 2% ；每平方厘米出现0. 2毫米以上夹杂物的可能性2. 5% ；每平方厘米出现0. 5毫米杂质的可能性为0. 8%。同时其含氢量0. 25ml/100gAl。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明 构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发 明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技 术内容，已经全部记载在权利要求书中。
权利要求
1.一种高洁净度铝钛硼合金细化的制造方法，其特征在于包括以下步骤1)将所需重量的铝锭熔化并加热至700-740°C，在电磁力作用下加入氟钛酸钾和氟硼 酸钾混合料于铝液表面，在中频电磁场搅拌作用下合金化，并保持温度；2)待上述合金化的铝液反应完毕、成分合格后，倾倒出浮于铝液表面的反应副产物，并 用氧化铝粉中和，剩余的残液后撇渣；3)将中和后的铝液温度提升至740-780°C，用感应炉加热保温，并于铝液表面撒上约 5-10mm的氧化铝粉层；4)用一根约20mm孔径耐铝腐蚀的管通氩气或氮气，让铝液从下至上连续翻滚，不断有 铝液中包裹的残渣液浮出，并被铝液表面的氧化铝粉吸附中和，一直处理20-30分钟后停 止，撇渣；5)利用小气泡旋转除气精炼技术，在铝液温度740-780°C下，用旋转除气机在 300-400rpm的石墨转子内通氩气除气精炼，气体流量根据铝液的重量不同控制在 10-30ml/min.左右，并测量其含氢量，当含氢量达0. 2ml/100gAl以下时停止除气处理；6)将经过上述处理后的铝液在800°C以上的热状态下，在其表面按重量比3:1:1撒上 氯化钾、氟化钠和氧化铝粉组成的特殊高温防氧化覆盖剂层，这种特殊成分的覆盖层将避 免合金液在过热时氧化和吸气；7)将铝液温度上升至900-950°C，在特殊高温防氧化覆盖剂层的保护下，将铝液导入 装有氧化铝陶瓷过滤器的过滤箱体，对合金铝液进行在线过滤处理，陶瓷过滤器的孔径为 20-30ppi，厚度为 50mm ；8)将经上述步骤过滤后的铝液降温至720-760°C，撇除表面浮渣，浇铸成华夫锭或连铸 连轧生产成铝钛硼丝。
2.根据权利要求1所述的一种高洁净度铝钛硼合金细化的制造方法，其特征在于所述 的纯铝即铝锭、氟钛酸钾、氟硼酸钾的重量比为11-12 2-3 :1-2。
3.根据权利要求1所述的一种高洁净度铝钛硼合金细化的制造方法，其特征在于所述 的耐铝腐蚀的管为石墨管。
全文摘要
本发明涉及一种高洁净度铝钛硼合金细化的制造方法，包括以下步骤1)将铝锭熔化加入氟钛酸钾和氟硼酸钾合金化；2)倾倒出浮于铝液表面的反应副产物，并用氧化铝粉中和；3)提升铝液温度，撒上氧化铝粉层；4)用管通氩气或氮气，使铝液中包裹的残渣液浮出，并被中和；5)利用小气泡旋转除气精炼技术处理后测量其含氢量；6)在800℃以上的热状态下，撒上特殊高温防氧化覆盖剂层；7)将提升铝液温度，将铝液导入装有氧化铝陶瓷过滤器的过滤箱体，对合金铝液进行在线过滤处理；8)最后降低铝液温度，撇除浮渣，浇铸成型生产成铝钛硼丝。本发明方法能有效的分离出铝钛硼合金液中的氟化盐和其它夹杂物，使得铝钛硼合金细化剂中杂质减少、洁净度大幅度提高。
文档编号C22C1/06GK102031403SQ201010541740
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者文勇, 李云龙, 陈勇刚, 陈建春 申请人:湖南金联星冶金材料技术有限公司