专利名称：含硼化物的铝合金锰添加剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种金属材料技术领域的添加剂，具体地说，是一种含硼化 物的铝合金锰添加剂。
技术背景随着全球对能源和环保要求的不断提高，再生铝合金在我国铝工业生产中占 有愈来愈重要的地位，因为重新熔铸废铝需要的能源要远低于原铝的炼制过程。 但废铝来源广泛，分选困难，杂质种类通常很多，且含量普遍较高，这是再生铝 生产面临的一个主要困难，降低其中的杂质含量到允许的范围内是目前研究的主 要方向。铁是其中最普遍的杂质元素，且对合金的性能危害最大。由于铁在铝中 的固溶度很小(0.05wt.。/。)，因此一般与A1、 Si等元素一起形成富铁相，这些富 铁相尤其是针片状的硬脆P-ALFeSi相与基体有不同的膨胀系数和杨氏模量， 容易形成应力源，从而影响到合金的力学性能(塑性、韧性、疲劳强度)。目前，用于消除铁相危害的方法主要是通过加入合金元素(Mn、 Cr等)将凝 固组织中的针状富铁相的形态改变为危害较小的块状相，或者在熔体中加入合金 元素形成初生富铁相后通过过滤或电磁分离的方式降低铁的含量，工业上常用的 是添加Mn元素。然而，由于金属锰的熔点很高(1244'C),正常的铝合金熔铸温 度只有710-750°C，因此，如何将高熔点的Mn经济有效地加入到铝液中是一个 关键的问题。传统的方法是在高温下将Mn与Al制成中间合金，破碎后加入到铝 液中，该方法在制成中间合金和破碎的过程中会消耗大量的能源，制得的中间合 金Mn含量不高， 一般为10wtJ，且Mn在Al中极易偏析造成中间合金成分不均 匀。现在开发的锰添加剂一般是采用单质锰粉和少量助剂制成的， 一般含有 70wt. %左右的锰。该种锰剂吸收率取决于锰粉的颗粒分布和大小。锰粉直径越细， 粒度越均匀，且表面无氧化，吸收率才会提高。因此，生产猛粉是一个复杂、高 耗能的工艺过程，吸收率大于95%的锰剂需要用磨筛机在氩气保护条件下制备锰 粉。且添加A1-Mn合金或是锰剂都会导致炉温下降，这对熔炼都是不利的。经对现有技术的文献检索发现，文献《新型高效速熔锰添加剂应用前景》(刘 亮，刘国凡.中国锰业，2004， 22(2) :13-16)中介绍了开发新型锰添加剂对铝 工业和钢铁工业的重要性，熔化速度、吸收率、成本、环保等是锰剂发展的重要 方向。该文中开发的新型锰剂采用了纯Mn(^99.5y。)制备的锰粉，考察了锰粉粒 径对实收率的影响，发现粒径略大的锰粉实收率大、熔化慢而粒径略小的锰粉实 收率小、熔化快的矛盾。因此对锰粉粒径的控制是一个很困难的问题。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种简便有效的含硼化物的铝 合金锰添加剂。本发明能够强烈迅速地在铝熔体中反应，还原出Mn，实收率高， 反应是放热反应，不会引起炉温的降低。而且比通常的锰剂更快、更容易生成初 生富铁相，同时降低了Mn的加入比例，减小了Mn的残留，而且该添加剂使用方 便、操作工艺简单、成本低廉。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明添加剂的化学组成在铝熔体覆盖 剂的基础上做了调整，并加入了硼化物来缓解氯化锰挥发，其组分质量百分含量 范围为10-25%氯化钠(NaCl) 、 10_25%氯化钾(KC1) 、 1_10%氟铝酸钠(Na线)、 1-10%硼酸钠(Na2BA)、 30-75y。氯化锰(MnCl》。本添加剂只需加入铝合金熔体后 保温5-30分钟即可显著提高Mn含量。进一步的，本发明上述组分的质量百分含量的优选范围为15%_20%氯化钠、 15%-20%氯化钾、4%-8%氟铝酸钠、3%-7%硼酸钠、40%-60%氯化锰。本发明上述的添加剂，其生产方法为先将各种原材料分别放入不锈钢容器 中，然后将容器放入烘箱，升温到15(TC-20(TC，保温2小时-3小时后，将料取 出待用。按熔剂配方准确称取各个成分，用球磨机在300转/分的速度下，球磨 1小时-2小时，随后，将其密封包装。添加剂在使用前，在15(TC-20(TC烘干1 小时-2小时。使用时，当铝或铝合金在熔炼炉内熔化并保温一段时间后，通过喷粉机将锰 添加剂随气体(N2或Ar)喷射入熔体内，并使得锰添加剂在整个熔池内充分混 合，铝液在添加剂加入后5-30分钟即可进行后续的除铁工序，如过滤、电磁分离。本发明提供的锰添加剂具有高效、操作方便等优点。A1-.Vh合金添加剂的Mn吸收率只有50-60%，现有锰剂的吸收率极少能够达到90%以上， 一般为70%左 右，而本发明的锰添加剂的锰吸收率一般在80%左右，如根据实际工况优化工 艺，能够达到90%以上，而且，相比传统Al-Mn合金和金属锰剂，Mn残留少、 制作工艺简单、能更高效地生成初生富铁相。在熔剂的使用过程中，氯化锰能够 迅速分解，生成的锰在熔体中有浓度起伏，使铁相在局部锰含量较高的区域的形 核核心更容易长大到临界尺寸，这意味着铁相的形核更容易，因此熔体中能够迅 速形成大量的初生富铁相。本发明适合铝合金的熔炼要求，具有极佳的粘度和表 面张力，熔剂与铝的分离性好，兼有熔体覆盖保护的功能。熔剂的化学稳定性好， 有害气体量少，符合工业卫生标准及废气排放标准。而且熔剂加入方便、操作工 艺简便、成本低廉。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。实施例1:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %铝合金锰添加剂成分(质量百分数)10%氯化钠(NaCl) 、 10%氯化钾(KC1)、 2y。氟铝酸钠(Na.3AlFe)、 3%硼酸钠(Na細、75%氯化锰(MnCU 。锰添加剂配制方法将各种原材料分别放入不锈钢容器中，然后将容器放入 烘箱，随炉升温到20(TC，保温2小时后，将料取出待用。按配方准确称取各个 成分，用球磨机在300转/分的速度下，球磨2小时，随后，在150。C烘干1小 时。使用时，当铝或铝合金在熔炼炉内熔化并保温一段时间后，通过喷粉机将 0.5%锰添加剂随气体(化或Ar)喷射入熔体内，并使得锰添加剂在整个熔池内 充分混合，添加后保温30分钟，Mn含量从0. 4%升到0. 52%， Mn吸收率为78%。实施例2:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %铝合金锰添加剂成分(质量百分数)18%氯化钠(NaCl) 、 18%氯化钾(KC1)、 8%氟铝酸钠(Na臭)、6%硼酸钠(Na2B:107) 、 50%氯化锰(MnCl》。锰添加剂配制方法将各种原材料分别放入不锈钢容器中，然后将容器放入 烘箱，随炉升温到18(TC，保温3小时后，将料取出待用。按配方准确称取各个成分，用球磨机在300转/分的速度下，球磨2小时，随后，在200'C保温2小 时。使用时，按实施例1的加入方法加入1%的锰添加剂，添加后保温10分钟。 Mn含量从0. 4°/。升到0. 61%, Mn吸收率为96%。 实施例3:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %铝合金锰添加剂成分(质量百分数)25%氯化钠(NaCl) 、 25%氯化钾(KC1)、 5%氟铝酸钠(Na线)、5%硼酸钠(Na2B407) 、 40%氯化锰(MnCl2)。锰添加剂配制方法将各种原材料分别放入不锈钢容器中，然后将容器放入 烘箱，随炉升温到15(TC，保温3小时后，将料取出待用。按配方准确称取各个 成分，用球磨机在300转/分的速度下，球磨1小时，随后，在20(TC保温2小 时。使用时，按实施例1的加入方法加入1. 5%的锰添加剂，添加后保温5分钟。 Mn含量从0. 4%升到0. 58%， Mn吸收率为92%。 实施例4:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %铝合金锰添加剂成分(质量百分数)10%氯化钠(NaCl) 、 10%氯化钾(KC1)、 10。/。氟铝酸钠(Na3AlF6)、 10%硼酸钠(Na2B407)、 60%氯化锰(MnCU 。锰添加剂配制方法将各种原材料分别放入不锈钢容器中，然后将容器放入 烘箱，随炉升温到20(TC，保温3小时后，将料取出待用。按配方准确称取各个 成分，用球磨机在300转/分的速度下，球磨2小时，随后，在200。C保温2小 时。使用时，按实施例1的加入方法加入1%的锰添加剂，添加后保温5分钟。 Mn含量从0. 4%升到0. 65%， Mn吸收率为82%。 实施例5:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %铝合金锰添加剂成分(质量百分数)20%氯化钠(NaCl) 、 20%氯化钾(KC1)、5%氟铝酸钠(Na3AlF6) 、 5%硼酸钠(Na2BA) 、 50%氯化锰(MnCl2)。锰添加剂配制方法将各种原材料分别放入不锈钢容器中，然后将容器放入烘箱，随炉升温到15(TC，保温2小时后，将料取出待用。按配方准确称取各个 成分，用球磨机在300转/分的速度下，球磨2小时，随后，在15(TC保温1小 时。使用时，按实施例1的加入方法加入0. 5%的锰添加剂，添加后保温5分钟。 Mn含量从0. 4%升到0. 5%， Mn吸收率为92%。 实施例6:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %铝合金锰添加剂成分(质量百分数)25%氯化钠(NaCl) 、 25%氯化钾(KC1)、 10%氟铝酸钠(Na:風)、10%硼酸钠(Na2B407) 、 30%氯化锰(MnCl2)。锰添加剂配制方法将各种原材料分别放入不锈钢容器中，然后将容器放入 烘箱，随炉升温到200'C，保温2小时后，将料取出待用。按配方准确称取各个 成分，用球磨机在300转/分的速度下，球磨2小时，随后，在150'C保温2小 时。使用时，按实施例1的加入方法加入0. 5%的锰添加剂，添加后保温30分钟。 Mn含量从0. 4%升到0. 45%， Mn吸收率为76%。 实施例7:合金ADC12:原始Mn 0. 4wt. %铝合金锰添加剂成分(质量百分数)25%氯化钠(NaCl) 、 25%氯化钾(KC1)、 3%氟铝酸钠(Na3AlF6) 、 2%硼酸钠(Na2B407) 、 45%氯化锰(MnCl2)。锰添加剂配制方法将各种原材料分别放入不锈钢容器中，然后将容器放入 烘箱，随炉升温到20(TC，保温2小时后，将料取出待用。按配方准确称取各个 成分，用球磨机在300转/分的速度下，球磨1.5小时，随后，在15(TC保温2 小时。使用时，按实施例1的加入方法加入0. 5%的锰添加剂，添加后保温30分钟。 Mn含量从0. 4%升到0. 48%， Mn吸收率为81%。
权利要求
1、一种含硼化物的铝合金锰添加剂，其特征在于，包含的组分及质量百分含量为10％-25％氯化钠、10％-25％氯化钾、1％-10％氟铝酸钠、1％-10％硼酸钠、30％-75％氯化锰。
2、 根据权利要求1所述的含硼化物的铝合金锰添加剂，其特征是，包含的 组分及质量百分含量为15%-20%氯化钠、15%-20%氯化钾、4%-8%氟铝酸钠、3%_7% 硼酸钠、40%-60%氯化锰。
全文摘要
本发明公开一种金属材料技术领域的含硼化物的铝合金锰添加剂，包含的组分及质量百分含量为10％-25％氯化钠、10％-25％氯化钾、1％-10％氟铝酸钠、1％-10％硼酸钠、30％-75％氯化锰。本发明能够强烈迅速地在铝熔体中反应，还原出Mn，实收率高，反应是放热反应，不会引起炉温的降低。而且比通常的锰剂更快、更容易生成初生富铁相，同时降低了Mn的加入比例，减小了Mn的残留，而且该添加剂使用方便、操作工艺简单、成本低廉。
文档编号C22C1/06GK101255514SQ20081003483
公开日2008年9月3日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者孙宝德, 俊 王, 达 疏, 葛维燕, 高建卫 申请人:上海交通大学