一種鋁合金錳添加劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金的添加劑領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金錳添加劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著鋁加工及鋁合金工業(yè)不斷發(fā)展，鋁合金的研制被列為重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)，合金 化是鋁合金生產(chǎn)工藝流程中重要的一環(huán)，而合金添加元素在熔融鋁中的熔解是合金化的重 要過(guò)程。
[0003] 目前，合金添加元素通常有銅、硅、鎂、鋅、錳、鐵、鉻等。實(shí)施時(shí)，鋁合金熔鑄的溫度 通常為710-750°c，對(duì)于低熔點(diǎn)或熔解度大的合金元素如硅鎂、銅等直接以單質(zhì)金屬粉末的 形式加入鋁液中即可熔解，但對(duì)于錳、鐵、鉻等高熔點(diǎn)或溶解度小的合金元素，由于與鋁的 熔點(diǎn)差距較大，若將其以單質(zhì)的形式加入到鋁液中熔解，則溶解爐的溫度需達(dá)到l〇〇〇°C以 上，而這樣又會(huì)造成鋁液的汽化，且溶解爐內(nèi)的鋁液易與周圍的氧氣、氫氣、水等發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)，形成難以去除的雜質(zhì)，導(dǎo)致鋁合金性能的偏差過(guò)大，不符合鋁合金性能的要求，從而 導(dǎo)致鋁合金的報(bào)廢，造成浪費(fèi)；另外，將溶解爐升溫至l〇〇〇°C以上需耗費(fèi)更多的能量，且升 溫時(shí)間長(zhǎng)，從而導(dǎo)致成本高、效率低。
[0004] 為了避免上述不足，人們采用中間合金熔解的方式來(lái)降低合金元素熔解時(shí)所需 要的溫度，然而，為了保證低溫熔解，中間合金中合金元素的比例就不易過(guò)大，現(xiàn)有的中間 合金的合金元素的含量大致占中間合金的20%左右，對(duì)于制造錳含量為1. 5%的錳鋁合金 時(shí)，需要向20噸的鋁液中加入大概1. 62噸的中間合金。由于投入的中間合金較多，一次投 入的量大，則鋁液的溫度就會(huì)降低，從而無(wú)法熔解所有的中間合金；因此需要分多次進(jìn)行投 放，且為了保證每次投放的中間合金均能夠完全熔解，則每次投放的質(zhì)量不能過(guò)多；由于是 多次投放，因此整個(gè)熔解時(shí)間就會(huì)較長(zhǎng)，而鋁液長(zhǎng)時(shí)間與大氣中的氧氣、氫氣、水蒸氣等其 他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成的雜質(zhì)增多，導(dǎo)致鋁合金的品質(zhì)降低，且整個(gè)過(guò)程耗能高、效率低。 [0005]目前，為了解決上述問(wèn)題，人們已經(jīng)想到將金屬猛、鐵、鉻等粉碎，再于其中添加助 熔劑，并將其制成固定形狀，即錳添加劑、鐵添加劑和鉻添加劑。當(dāng)將錳添加劑、鐵添加劑、 鉻添加劑投入到溶解爐中時(shí)，助熔劑在鋁液中迅速發(fā)生爆炸式反應(yīng)，并放出大量的熱量，該 大量的熱量能使錳、鐵、鉻的溫度迅速上升至其分別的熔解溫度，從而實(shí)現(xiàn)熔解。然而，現(xiàn)有 的錳添加劑、鐵添加劑、鉻添加劑都需要大量的助熔劑才能實(shí)現(xiàn)在710-750°C下將猛、鐵、鉻 熔解，使得錳添加劑、鐵添加劑和鉻添加劑中的有效元素含量較低，即將錳添加劑、鐵添加 劑、鉻添加劑投入鋁液中時(shí)，引入的雜質(zhì)元素較多，使得鋁合金質(zhì)量差。特別地，現(xiàn)有錳添加 劑中猛元素的含量通常只能達(dá)到85%。
[0006] 其次，現(xiàn)有錳添加劑在制作過(guò)程中，若錳粉過(guò)細(xì)，則會(huì)因?yàn)槠浔砻婺艽蟆⑽捷^多 的氧而燒損，從而導(dǎo)致錳的回收率（即錳的熔解率）低，進(jìn)而導(dǎo)致鋁合金中錳元素含量不 準(zhǔn)，使得鋁合金的質(zhì)量差；若錳粉過(guò)粗，則會(huì)因?yàn)殄i粉內(nèi)部至表面的距離長(zhǎng)、錳粉內(nèi)部升溫 慢而使得錳添加劑熔解溫度高、熔解速率慢，現(xiàn)有錳添加劑熔解于鋁液中時(shí)，其熔解溫度為 710-750°C，15min時(shí)達(dá)到最高錳回收率（即錳的熔解率）80%。因此，現(xiàn)有錳添加劑的錳粉 粒度分布需控制為60目以上的小于5%、325目以下的小于5%，其粒度分布集中。然而，粒 度分布集中的錳粉生產(chǎn)難度大，在生產(chǎn)過(guò)程中需耗費(fèi)較大的人力、物力來(lái)嚴(yán)格把控工藝參 數(shù)，且在粉碎過(guò)篩過(guò)程中，需進(jìn)行多次粉碎、多次過(guò)篩、多次分析檢測(cè)，因?yàn)檫^(guò)篩后的大粒徑 粉末需再次粉碎、再次過(guò)篩，直至其達(dá)到相應(yīng)的粒度范圍，效率低，而過(guò)篩后的小粒徑粉末 則無(wú)法正常使用，只能回收、重新冶煉結(jié)晶，效率低，生產(chǎn)成本高，從而由錳粉及其他添加劑 制成的錳添加劑的生產(chǎn)成本也高。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有錳添加劑熔解于鋁液中時(shí)，其熔解時(shí)間較長(zhǎng)，熔解溫度較高，錳回 收率較低，熔解時(shí)間、熔解溫度、錳回收率均有待進(jìn)一步改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種熔解時(shí)間短、熔解溫度低、錳回收率高的鋁 合金錳添加劑。
[0009] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種鋁合金錳添加劑，其為原 料粉末壓制而成的餅狀或橄欖球狀，所述原料包括錳粉、鋁粉、鐵粉和助熔劑，所述錳粉、鋁 粉、鐵粉和助熔劑分別在惰性氣體保護(hù)下破碎，其原料還包括表面活性劑，所述錳粉的粒度 分布為 325-700 目的為 35%-40%、100-325 目的為 40%-45%、60-100 目的為 5%-15%、 10-60目的為0-5% ;鋁粉的粒度分布為60-300目；助熔劑的粒度分布為60-300目。
[0010] 采用本發(fā)明技術(shù)方案的錳添加劑，錳添加劑各成分中，錳是錳添加劑的主元素，錳 加入鋁合金中可以起到細(xì)化晶粒、增強(qiáng)鋁合金強(qiáng)度和塑性的作用；鋁粉在錳添加劑壓制的 過(guò)程中可起到一個(gè)粘接粉末的作用，便于錳添加劑成型，且鋁是鋁合金的主要元素，于錳添 加劑中加入鋁粉不會(huì)造成雜質(zhì)的增加。
[0011] 鐵粉和表面活性劑可起到聚合粉末的作用，實(shí)施時(shí)，鐵粉和表面活性劑對(duì)錳添加 劑原料粉末作用，促使原料粉末在壓力較小的條件下亦能成型，節(jié)省能量。其次，本發(fā)明錳 添加劑恪解于錯(cuò)液中時(shí)，鐵粉和助恪劑迅速發(fā)生放熱反應(yīng)，釋放出大量的熱量，使得猛添加 劑各粉末顆粒迅速升溫，從而使得錳添加劑更快地熔解于鋁液中，且由于反應(yīng)本身會(huì)放出 大量的熱量，使得錳粉能在較低的溫度下便可溶解于鋁液中，熔解溫度低，熔解時(shí)間短。且 鐵粉和表面活性劑可使得錳添加劑粉末逐漸散開(kāi)，而散開(kāi)的粉末顆粒隨及便可溶解于鋁液 中，再加上各原料粉末在惰性氣體保護(hù)下粉碎，進(jìn)入粉末內(nèi)部的氧少，因此緩慢散開(kāi)時(shí)不會(huì) 吸附較多的氧而燒損，保證了錳添加劑中錳的回收率高，且使得本發(fā)明錳添加劑中含有較 多的細(xì)顆粒粉末亦能順利地熔解于鋁液中；而當(dāng)錳添加劑中細(xì)顆粒粉末較多時(shí)，粗顆粒粉 末便被細(xì)顆粒粉末環(huán)繞、包裹，細(xì)顆粒粉末率先升溫，且將溫度通過(guò)與粗顆粒粉末的接觸面 傳遞給粗顆粒粉末，使得粗顆粒粉末多方面吸收熱量，從而使得粗顆粒粉末迅速升溫而熔 解，即使得錳添加劑中有較粗的顆粒亦能實(shí)現(xiàn)快速熔解。進(jìn)而使得本發(fā)明錳添加劑中錳粉 的粒度分布較廣亦能實(shí)現(xiàn)快速熔解。本發(fā)明錳添加劑中錳粉的粒度分布為10目-700目。 相比于現(xiàn)有錳劑中錳粉的粒度分布為60-325目來(lái)說(shuō)，粒度分布范圍更廣，因此，錳粉的制 備成本更低，制備效率更高，即本發(fā)明錳劑的制備成本低、制備效率高。
[0012] 另外，表面活性劑具有助懸作用，使用表面活性劑后，使得本發(fā)明的添加劑即使是 密度較大的產(chǎn)品，也能在鋁熔體中處于懸浮狀態(tài)，不會(huì)沉底，在熔解的過(guò)程中，添加劑產(chǎn)品 會(huì)在鋁熔體內(nèi)上下浮動(dòng)，熔解速度加快，大大縮短了添加劑熔解時(shí)間，且錳粉熔解后在鋁熔 體中分散更均勻；而且表面活性劑還可起到減小錳添加劑與鋁液相界面間的表面張力的作 用，從而使得錳添加劑更容易熔解于鋁液中，進(jìn)一步降低了熔解溫度，縮短了熔解時(shí)間。
[0013] 以下是基于上述方案的優(yōu)選方案：
[0014] 優(yōu)選方案一：所述錳粉的粒度分布為325-700目的為35%、100-325目的為45%、 60-100目的為5%、10-60目的為3%。發(fā)明人經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上述粒度分布的添加劑產(chǎn)品熔 解時(shí)間、錳回收率均較優(yōu)。
[0015] 優(yōu)選方案二：所述錳粉的粒度分布為325-700目的為40%、100-325目的為40%、 60-100目的為15%、10-60目的為2%。發(fā)明人經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上述粒度分布的添加劑產(chǎn)品熔 解時(shí)間、錳回收率均較優(yōu)。
[0016] 優(yōu)選方案三：所述錳粉的粒度分布為325-700目的為36%、100-325目的為43%、 60-100目的為12%、10-60目的為5%。發(fā)明人經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上述粒度分布的添加劑產(chǎn)品熔 解時(shí)間、錳回收率均較優(yōu)。
[0017] 優(yōu)選方案四：所述錳粉的粒度分布為325-700目的為37%、100-325目的為42%、 60-100目的為10%、10-60目的為4%。發(fā)明人經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上述粒度分布的添加劑產(chǎn)品熔 解時(shí)間、錳回收率均較優(yōu)。
[0018] 優(yōu)選方案五：所述錳粉的粒度分布為325-700目的為39%、100-325目的為44%、 60-100目的為8%、10-60目的為0%。發(fā)明人經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上述粒度分布的添加劑產(chǎn)品熔 解時(shí)間、錳回收率均較優(yōu)。
[0019] 優(yōu)選方案六：基于上述方案中的任意一項(xiàng)，還包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-3%的粘接劑。粘 接劑可進(jìn)一步起到粘接粉末、助恪的作用。
[0020] 優(yōu)選方案七：基于優(yōu)選方案六，所述粘接劑聚陰離子纖維素。
[0021] 本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問(wèn)題在于提供一種鋁合金錳添加劑的制備方法，其步驟 包括⑴粉碎、（2)配料、（3)混料、（4)壓制、（5)干燥和（6)包裝，其中：
[0022] 步驟（1):在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行粉碎；
[0023] 步驟⑵和步驟⑶之間還包括步驟（A)，制備表面活性劑溶液：根據(jù)步驟2)稱 取的粉末質(zhì)量，按照〇. 5-2%的比重稱取表面活性劑，并將其配制成濃度為30%的水溶液；
[0024] 步驟（3):在惰