一种用于生产铝合金的高含量锰添加剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝合金的添加剂领域，具体涉及一种用于生产铝合金的高含量锰添加 剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着铝加工及铝合金工业不断发展，铝合金的研制被列为重点发展的技术，合金 化是铝合金生产工艺流程中重要的一环，而合金添加元素在熔融铝中的熔解是合金化的重 要过程。
[0003] 目前，合金添加元素通常有铜、硅、镁、锌、锰、铁、铬等。实施时，铝合金熔铸的温度 通常为710-750°c，对于低熔点或熔解度大的合金元素如硅镁、铜等直接以单质金属粉末的 形式加入铝液中即可熔解，但对于锰、铁、铬等高熔点或溶解度小的合金元素，由于与铝的 熔点差距较大，若将其以单质的形式加入到铝液中熔解，则溶解炉的温度需达到l〇〇〇°C以 上，而这样又会造成铝液的汽化，且溶解炉内的铝液易与周围的氧气、氢气、水等发生化学 反应，形成难以去除的杂质，导致铝合金性能的偏差过大，不符合铝合金性能的要求，从而 导致铝合金的报废，造成浪费；另外，将溶解炉升温至1000°C以上需耗费更多的能量，且升 温时间长，从而导致成本高、效率低。
[0004] 为了避免上述不足，人们采用中间合金熔解的方式来降低合金元素熔解时所需 要的温度，然而，为了保证低温熔解，中间合金中合金元素的比例就不易过大，现有的中间 合金的合金元素的含量大致占中间合金的20%左右，对于制造锰含量为1. 5%的锰铝合金 时，需要向20吨的铝液中加入大概1. 62吨的中间合金。由于投入的中间合金较多，一次投 入的量大，则铝液的温度就会降低，从而无法熔解所有的中间合金；因此需要分多次进行投 放，且为了保证每次投放的中间合金均能够完全熔解，则每次投放的质量不能过多；由于是 多次投放，因此整个熔解时间就会较长，而铝液长时间与大气中的氧气、氢气、水蒸气等其 他物质发生反应生成的杂质增多，导致铝合金的品质降低，且整个过程耗能高、效率低。 [0005]目前，为了解决上述问题，人们已经想到将金属猛、铁、铬等粉碎，再于其中添加助 熔剂，并将其制成固定形状，即锰添加剂、铁添加剂和铬添加剂。当将锰添加剂、铁添加剂、 铬添加剂投入到溶解炉中时，助熔剂在铝液中迅速发生爆炸式反应，并放出大量的热量，该 大量的热量能使锰、铁、铬的温度迅速上升至其分别的熔解温度，从而实现熔解。然而，现有 的锰添加剂、铁添加剂、铬添加剂都需要大量的助熔剂才能实现在710-750°C下将猛、铁、铬 熔解，使得锰添加剂、铁添加剂和铬添加剂中的有效元素含量较低，即将锰添加剂、铁添加 剂、铬添加剂投入铝液中时，引入的杂质元素较多，使得铝合金质量差。特别地，现有锰添加 剂中猛元素的含量通常只能达到85%。
[0006] 其次，为了避免添加剂产品在运输过程中松散，通常要将添加剂产品压制成密度 较高的饼状或球状，现有的用于铝合金生产的锰添加剂密度通常大于5. Og/cm3,但是对于 密度较高的添加剂产品，有如下的问题：1、熔解比较缓慢，熔解时间通常为20min以上，熔 解时间长；2、加入铝熔体的添加剂容易沉底，一旦沉底，一方面会导致锰粉熔解速度减慢， 另一方面会导致锰粉溶解后分散不均匀；3、较密实的添加剂产品在熔解过程中表面会形成 致密的保护膜，从而导致内部无法继续熔解，这样就会使回收率（即锰的熔解率）较低，目 前，现有锰添加剂熔解于铝液中时，其熔解温度为710-750°C，15min时达到最高锰回收率 80%〇
[0007] 综上所述，现有锰添加剂熔解于铝液中时，其熔解时间较长，熔解温度较高，锰回 收率较低，熔解时间、熔解温度、锰回收率均有待进一步改善。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是提供一种熔解时间短、熔解温度低、锰回收率高的用 于生产铝合金的高含量锰添加剂。
[0009] 为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于生产铝合金的高含 量锰添加剂，其为原料粉末压制而成的饼状或橄榄球状，所述原料粉末包括锰粉、铝粉、铁 粉和助熔剂，所述锰粉、铝粉、铁粉和助熔剂分别在惰性气体保护下破碎，还包括表面活性 剂，各组分的质量百分数为：锰粉86% -97%，铝粉2. 39% -6. 39%，铁粉0% -6%，助熔剂 0. 01% -0. 05 %，表面活性剂0. 5% -2 %，上述成分压制成型后的密度为3. 0-5. Og/cm3。
[0010] 采用本发明技术方案的锰添加剂，锰粉的含量高达86% -97%，从而锰添加剂熔 解于铝液中时，引入的杂质含量少，铝合金的质量好。
[0011] 锰添加剂各成分中，锰是锰添加剂的主元素，锰加入铝合金中可以起到细化晶粒、 增强铝合金强度和塑性的作用；铝粉在锰添加剂压制的过程中可起到一个粘接粉末的作 用，便于锰添加剂成型，且铝是铝合金的主要元素，于锰添加剂中加入铝粉不会造成杂质的 增加。
[0012] 铁粉和表面活性剂可起到聚合粉末的作用，实施时，铁粉和表面活性剂对锰添加 剂原料粉末作用，促使原料粉末在压力较小的条件下亦能成型，节省能量。另外，锰的密度 为7. 87g/cm3,铝的密度为2. 7g/cm3,铁的密度为5. 6g/cm3,助溶剂的密度通常为0. 9-1. lg/ cm3,因此，锰含量越高，密度越大，现有锰添加剂锰含量最高为85 %，而其密度通常最小也 有5. Og/cm3,若进一步减小，则会裂开；然而本发明中，由于铁粉和表面活性剂的作用，使得 锰添加剂密度在锰含量达86 % -97 %的情况下亦可小至3. 0-5. Og/cm3而不会裂开，因此， 相比现有锰添加剂，本发明的锰添加剂更松散，锰添加剂中各粉末之间的作用力更小，即熔 解分散时需要的能量更少，分散更容易，熔解更容易，即熔解所需的温度更低，时间更短。
[0013] 其次，本发明锰添加剂熔解于铝液中时，铁粉和助熔剂迅速发生放热反应，释放出 大量的热量，使得锰添加剂各粉末颗粒迅速升温，从而使得锰添加剂更快地熔解于铝液中， 且由于反应本身会放出大量的热量，使得锰粉能在较低的温度下便可溶解于铝液中，熔解 温度低，熔解时间短。且铁粉和表面活性剂可使得锰添加剂粉末逐渐散开，而散开的粉末颗 粒随及便可溶解于铝液中，加上各原料粉末均是在惰性气体保护下粉碎，吸入的氧较少，从 而避免了粉末快速散开时吸附较多的氧而烧损，保证了锰添加剂中锰的回收率高，且使得 本发明锰添加剂中含有较多的细颗粒粉末亦能顺利地熔解于铝液中。
[0014] 另外，表面活性剂具有助悬作用，使用表面活性剂后，使得本发明的添加剂即使是 密度较大的产品，也能在铝熔体中处于悬浮状态，不会沉底，在熔解的过程中，添加剂产品 会在铝熔体内上下浮动，熔解速度加快，大大缩短了添加剂熔解时间，且锰粉熔解后在铝熔 体中分散更均匀；而且表面活性剂还可起到减小锰添加剂与铝液相界面间的表面张力的作 用，从而使得锰添加剂更容易熔解于铝液中，进一步降低了熔解温度，缩短了熔解时间。
[0015] 以下是基于上述方案的优选方案：
[0016] 优选方案一：所述锰粉93 %，铝粉3 %，铁粉1 %，助熔剂1 %，表面活性剂1 %，上 述成分压制成型后的密度为4. 2g/cm3。发明人经试验发现，上述配比和密度的添加剂产品 熔解时间、锰回收率均较优。
[0017]优选方案二：所述锰粉97%，铝粉2. 4%，铁粉0.04%，助熔剂0.01%，表面活性剂 0. 55%，上述成分压制成型后的密度为5g/cm3。发明人经试验发现，上述配比和密度的添加 剂产品熔解时间、锰回收率均较优。
[0018] 优选方案三：所述锰粉86 %，铝粉6. 39 %，铁粉0. 61 %，助熔剂5 %，表面活性剂 2%，上述成分压制成型后的密度为3g/cm3。发明人经试验发现，上述配比和密度的添加剂 产品熔解时间、锰回收率均较优。
[0019] 优选方案四：所述锰粉95%，铝粉2. 39%，铁粉0. 1%，助熔剂2. 01%，表面活性剂 0. 5%，上述成分压制成型后的密度为4g/cm3。发明人经试验发现，上述配比和密度的添加 剂产品熔解时间、锰回收率均较优。
[0020]优选方案五：所述锰粉87. 3 %，铝粉2. 5 %，铁粉6 %，助熔剂0.5 %，表面活性剂 0. 7%，上述成分压制成型后的密度为3. 5g/cm3。发明人经试验发现，上述配比和密度的添 加剂产品熔解时间、锰回收率均较优。
[0021] 优选方案六：基于上述方案中的任意一项，还包括质量分数为0-3%的粘接剂。粘 接剂可进一步起到粘接粉末、助恪的作用。
[0022] 优选方案七：基于优选方案六，所述粘接剂聚阴离子纤维素。
[0023] 本发明解决的另一技术问题在于提供一种用于生产铝合金的高含量锰添加剂的 制备方法，其步骤包括（1)粉碎、（2)配料、（3)混料、（4)压制、（5)干燥和（6)包装，其中：
[0024] 步骤⑴：在惰性气体保护下进行，粉碎后选取锰粉的粒度范围为10-700目，错粉 的粒度范围为60-300目，铁粉的粒度范围为10-700目，助熔剂的粒度范围为60-300目；
[0025]步骤⑵和步骤⑶之间还包括步骤（A)，制备表面活性剂溶液：根据步骤2)称 取的粉末质量，按照〇. 5-2%的比重称取表面活性剂，并将其配制成浓度为30%的水溶液；
[0026] 步骤（3):在惰性气体保护下，先将步骤（2)所得的锰粉、铝粉、铁粉及助熔剂混合 均匀，再将步骤（A)所得的表面活性剂溶液洒入后混合均匀。
[0027] 本发明的制备方法的优点在于：