專利名稱：鋁合金中雜質元素硅的去除方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術領域的純化方法，具體是涉及一種鋁合金中雜質元素硅的去除方法。
背景技術：
隨著鋁合金應用的不斷擴展，對其純凈度的要求越來越高。對于大多數(shù)變形鋁合金而言，硅是其主要的雜質元素。由工業(yè)純鋁配置的鋁合金中的雜質硅元素主要來自原鋁，而原鋁中的硅主要來源于鋁電解冶煉過程中氧化鋁原料和炭素陽極中含有的SiO2雜質，另外，在鋁合金熔煉過程中與耐火材料的接觸也會造成硅的污染。在由工業(yè)純鋁配置而成的一些鋁合金體系中的雜質硅元素與合金元素生成AlFeMnSi、Mg2Si以及(Fe2Cr)3SiAl12等一些硬脆相。這些硬脆相，呈粗大針片狀、漢字狀或塊狀等，與α-Al有著不同的彈性模量、膨脹系數(shù)，在其尖角處易出現(xiàn)應力集中，嚴重割裂基體，降低了材料的強度和塑韌性，在受力狀態(tài)下首先產(chǎn)生脆斷，不但成為材料的斷裂源，且加速了材料的破斷過程，顯著降低加工制品的塑性、變形能力、疲勞壽命和斷裂韌性等。目前，工業(yè)上主要通過偏析法或三層液法來生產(chǎn)純度較高的精鋁和高純鋁，該方法不僅能去除原鋁中的硅，也能同時去除其他大部分雜質元素，但是生產(chǎn)效率低，產(chǎn)量小，成本高。用價格昂貴的精鋁或高純鋁熔配合金往往是不經(jīng)濟的，而且也沒有必要。
對現(xiàn)有技術文獻檢索發(fā)現(xiàn)，針對鋁合金中主要雜質元素硅的去除，還沒有具有明顯降硅效果的方法。東北大學的張磊等，發(fā)表的名稱為交變磁場分離鋁熔體中Fe、Si的金屬間化合物(《輕金屬》2005(1)53-56)，通過在800℃下的鋁熔體中加入1.2％的Mn元素把含F(xiàn)e、Si的金屬間化合物從原來的針狀和樹枝狀改變?yōu)橛欣陔姶欧蛛x的塊狀，從而使得Si、Fe元素通過電磁凈化得以部分去除，硅元素含量從原始的0.55％降至0.51％。但是該方法引入了對鋁熔體有害的元素Mn，且對硅元素的去除效率很低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種鋁合金中雜質元素硅的去除方法。該方法使用方便，操作工藝簡單，成本低廉，在去除鋁合金中雜質元素硅的同時不會造成合金元素含量的變化或帶來其他有害雜質。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明通過在鋁合金熔體中加入含鈦物質，反應生成Ti(Al1-xSix)3或鈦硅化合物捕獲固溶鋁合金熔體中的硅元素，然后通過凈化工藝去除富硅化合物，實現(xiàn)熔體中硅元素的去除，并使殘留的鈦含量與添加含鈦物質前相當。
本發(fā)明步驟如下(1)將含鈦物質加入至鋁合金熔體中；(2)在鑄造前通過過濾和/或電磁凈化工藝去除鋁液中的含硅化合物，經(jīng)過精煉的鋁液隨后澆鑄成錠或直接鑄軋成板材，實現(xiàn)鋁液中硅元素的凈化去除。
步驟(1)中，所述的含鈦物質，是指含鈦化合物或鋁鈦中間合金或純鈦顆粒。
所述的含鈦化合物為二氧化鈦、氟鈦酸鉀或它們的混合物。在鋁合金熔體中只需加入其中一種化合物就能達到良好的除硅效果。
所述的含鈦化合物，其加入方式可以單獨加入鋁合金熔體中，也可以和普通精煉劑混合均勻后一起加入。
所述的含鈦物質，其加入量應使得鋁合金熔體中鈦的質量百分數(shù)為0.2％-3％。
所述的含鈦物質是含鈦化合物時，則以下操作步驟為鋁合金在熔煉爐或保溫爐內熔化并在700℃-800℃保溫，通過噴粉機將烘干脫水后的含鈦化合物或含鈦化合物與普通精煉劑的混合物隨氣體(N2或Ar)噴射入熔體內，并使得其在整個熔池內充分混合，鋁液在精煉后保溫30分鐘-90分鐘；所述的含鈦物質是鋁鈦中間合金或純鈦顆粒時，則以下操作步驟為鋁合金在熔煉爐或保溫爐內熔化并在700℃-800℃保溫，加入鋁鈦中間合金或純鈦顆粒，待其熔化后進行攪拌，使得鈦元素在整個熔池內分布均勻，鋁液經(jīng)精煉后保溫30分鐘-90分鐘。
步驟(2)中，所述的過濾凈化工藝，具體為將含有富硅化合物的鋁液通過規(guī)格為15ppi-40ppi的泡沫陶瓷過濾器；
步驟(2)中，所述的電磁凈化工藝，具體為將含有富硅化合物的鋁液通過孔徑為3mm-20mm的蜂窩狀陶瓷管分離器，并通過螺線管線圈施加頻率10kHz～30kHz、磁感應強度0.02T-0.10T的交變磁場。
與現(xiàn)有技術通過在鋁熔體中加入Mn元素除Si相比，本發(fā)明通過加入含鈦化合物、鋁鈦中間合金或純鈦顆粒以及隨后的凈化處理，可使鋁合金中的硅含量降低15％-50％，實現(xiàn)鋁熔體中硅元素的有效去除。本發(fā)明所述的鋁合金中雜質元素硅的去除方法適合鋁合金的熔煉要求，所用含鈦化合物來源廣泛、價格低廉，整個凈化過程操作工藝簡便，不會帶來其他有害雜質元素，也不會造成合金元素含量的變化。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1所選用的含鈦物質為純鈦顆粒，加入量為鋁熔體重量的0.2％。
鋁合金在熔煉爐內熔化并在800℃保溫一段時間后，加入純鈦顆粒，待其熔化后，對鋁合金熔體進行攪拌以使得鈦元素在整個熔池內分布均勻，精煉后保溫30分鐘用于澆鑄。爐外采用40ppi的泡沫陶瓷過濾器凈化鋁熔體。用于含硅量0.11％的鋁合金，經(jīng)過凈化后其含硅量降低到0.08％(質量分數(shù))。
實施例2所選用的含鈦化合物為氟鈦酸鉀，加入量使得鋁熔體中鈦質量分數(shù)為1％。
鋁合金在熔煉爐內熔化并在800℃保溫一段時間后，通過噴粉機將氟鈦酸鉀隨氣體(N2或Ar)噴射入熔體內，并使得氟鈦酸鉀在整個熔池內充分混合，精煉后保溫90分鐘用于澆鑄。爐外采用15 ppi的泡沫陶瓷過濾器凈化鋁熔體。用于含硅量1.37％的鋁合金熔體，經(jīng)過凈化后其含硅量降至1.14％(質量分數(shù))。
實施例3所選用的含鈦物質為鋁鈦中間合金，加入量使鋁熔體中鈦質量分數(shù)為3％。
鋁合金在熔煉爐內熔化并在720℃保溫一段時間后，加入鋁鈦中間合金，待其熔化后施加攪拌以使鈦元素在熔池內分布均勻，精煉后保溫50分鐘用于澆鑄。爐外采用30ppi的泡沫陶瓷過濾器凈化鋁熔體。經(jīng)過凈化后鋁合金熔體中含硅量從0.6％降為0.3％(質量分數(shù))。
實施例4所選用的含鈦化合物為氟鈦酸鉀和二氧化鈦的混合物，加入后鋁熔體中鈦質量分數(shù)為1％。
鋁合金在熔煉爐內熔化并在700℃保溫一段時間后，通過噴粉機將混合物隨氣體(N2或Ar)噴射入熔體內，并使得其在整個熔池內充分混合，精煉后保溫30分鐘后用于澆鑄。爐外熔體凈化方式為電磁凈化蜂窩狀陶瓷管分離器孔徑為20mm，螺線管線圈施加頻率10kHz，交變磁場的磁感應強度0.02T。用于鋁合金中，凈化后其含硅量從0.15％降至0.08％(質量分數(shù))。
實施例5所選用的含鈦化合物為氟鈦酸鉀，加入后鋁熔體中鈦質量分數(shù)為2％。
鋁合金在熔煉爐內熔化并在780℃保溫一段時間后，通過噴粉機將氟鈦酸鉀粉末隨氣體(N2或Ar)噴射入熔體內，并使得其在整個熔池內充分混合，精煉后保溫90分鐘用于澆鑄。爐外采用20ppi的泡沫陶瓷過濾器和電磁凈化對鋁熔體進行復合凈化處理(蜂窩狀陶瓷管分離器孔徑為3mm，螺線管線圈施加頻率30kHz、交變磁場的磁感應強度0.10T)。用于含硅量0.5％的鋁合金熔體，凈化后其含硅量從0.5％降到了0.27％(質量分數(shù))。
權利要求
1.一種鋁合金中雜質元素硅的去除方法，其特征在于，通過在鋁合金熔體中加入含鈦物質，反應生成Ti(Al1-xSix)3或鈦硅化合物捕獲固溶鋁合金熔體中的硅元素，然后通過凈化工藝去除富硅化合物，實現(xiàn)熔體中硅元素的去除。
2.如權利要求1所述的鋁合金中雜質元素硅的去除方法，其特征是，包括如下步驟(1)將含鈦物質加入至鋁合金熔體中；(2)在鑄造前通過過濾和/或電磁凈化工藝去除鋁液中的含硅化合物，經(jīng)過精煉的鋁液隨后澆鑄成錠或直接鑄軋成板材，實現(xiàn)鋁液中硅元素的凈化去除。
3.如權利要求1或2所述的鋁合金中雜質元素硅的去除方法，其特征是，步驟(1)中，所述的含鈦物質，是指含鈦化合物或鋁鈦中間合金或純鈦顆粒。
4.如權利要求3所述的鋁合金中雜質元素硅的去除方法，其特征是，所述的含鈦化合物為二氧化鈦、氟鈦酸鉀或它們的混合物。
5.如權利要求4所述的鋁合金中雜質元素硅的去除方法，其特征是，所述的含鈦化合物，其加入方式單獨加入鋁合金熔體中，或與普通精煉劑混合均勻后一起加入。
6.如權利要求1或2所述的鋁合金中雜質元素硅的去除方法，其特征是，所述的含鈦物質，其加入量應使得鋁合金熔體中鈦的質量百分數(shù)為0.2％-3％。
7.如權利要求3所述的鋁合金中雜質元素硅的去除方法，其特征是，所述的含鈦物質是含鈦化合物時，則以下操作步驟為鋁合金在熔煉爐或保溫爐內熔化并在700℃-800℃保溫，通過噴粉機將烘干脫水后的含鈦化合物或含鈦化合物與普通精煉劑的混合物隨氣體N2或Ar噴射入熔體內，并使得其在整個熔池內充分混合，鋁液在精煉后保溫30分鐘-90分鐘。
8.如權利要求3所述的鋁合金中雜質元素硅的去除方法，其特征是，所述的含鈦物質是鋁鈦中間合金或純鈦顆粒時，則以下操作步驟為鋁合金在熔煉爐或保溫爐內熔化并在700℃-800℃保溫，加入鋁鈦中間合金或純鈦顆粒，待其熔化后進行攪拌，使得鈦元素在整個熔池內分布均勻，鋁液經(jīng)精煉后保溫30分鐘-90分鐘。
9.如權利要求2所述的鋁合金中雜質元素硅的去除方法，其特征是，步驟(2)中，所述的過濾凈化工藝，具體為將含有富硅化合物的鋁液通過規(guī)格為15ppi-40ppi的泡沫陶瓷過濾器。
10.如權利要求2所述的鋁合金中雜質元素硅的去除方法，其特征是，步驟(2)中，所述的電磁凈化工藝，具體為將含有富硅化合物的鋁液通過孔徑為3mm-20mm的蜂窩狀陶瓷管分離器，并通過螺線管線圈施加頻率10kHz～30kHz、磁感應強度0.02T-0.10T的交變磁場。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術領域的鋁合金中雜質元素硅的去除方法。本發(fā)明通過在鋁合金熔體中加入含鈦物質，反應生成Ti(Al
文檔編號C22C21/00GK101086042SQ20071004398
公開日2007年12月12日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權日2007年7月19日
發(fā)明者疏達, 祝國梁, 王俊, 孫寶德 申請人:上海交通大學