一种铝锆合金的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及合金制备技术领域，尤其涉及一种铝锆合金的制备方法。
【背景技术】
[0002]在工业生产中，微量的锆添加运用于超轻的铝基合金中，其作用一是细化铸态晶粒，二是铸锭均匀化处理时形成均匀弥散的Al3Zr，抑制变形加工再结晶行为，控制晶粒大小和形状，从而提高铝合金的淬透性、断裂韧性、抗应力腐蚀性能等。常用的Al-Zr合金制备方法主要为对掺法，原料为金属海绵锆粉和电解铝，在普通熔炉内进行熔化并保温足够时间，采用机械、电磁或人工搅拌后，铸入模中，利用此方法生产的铝锆中间合金存在原料成本高、搅拌后合金中微量杂质含量高、锆难遇铝结合、成分偏析的问题，严重影响其使用性能。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:提供一种杂质含量低、锆含量高且锆在合金中分布均匀的铝锆合金的制备方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案之一为:一种铝锆合金的制备方法，包括:
[0005]将铝钙合金放置于坩祸底部，然后将二氧化锆与冰晶石、锆氟酸钾、氯化钠混合，并覆盖于铝钙合金上部，各组分重量配比为:二氧化锆:冰晶石:锆氟酸钾:氯化钠:铝钙合金=20 ?28: 35 ?55: 45 ?60: 30 ?50: 80 ?130 ；
[0006]加热坩祸使其温度达到960°C?1150°C，反应90min?120min，生成铝锆合金液；
[0007]将招错合金液饶入模铸，制成招错合金锭。
[0008]进一步的，所述铝钙合金的组分重量配比为:铝:钙=15?35: 5?9。
[0009]进一步的，铝和钙的原料纯度彡99.8%。
[0010]进一步的，所述二氧化锆为细度彡500目、纯度彡99.5%的粉体。
[0011]进一步的，所述坩祸为石墨坩祸。
[0012]本发明采用的另一技术方案为:一种铝锆合金的制备方法，包括:
[0013]首先将重量配比为铝:钙=25: 7、铝和钙的原料纯度多99.8%的铝钙合金放置于石墨坩祸底部，再将纯度多99.5%、细度多500目的二氧化锆粉体与冰晶石、锆氟酸钾、氯化钠混合均匀，各组分重量配比为:二氧化锆:冰晶石:锆氟酸钾:氯化钠:铝钙合金=24: 45: 53: 40: 105，然后加热石墨坩祸使其温度达到990°C，反应105min，生成铝锆合金液，最后将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。
[0014]本发明的有益效果在于:采用高纯二氧化锆为原料，通过原料成分控制和高温还原工艺，制备出杂质元素含量低(Al+Zr彡99wt% )、错含量高(可达4?7wt%)且分布均匀的铝锆中间合金，且锆在合金中部分以小尺寸Al3Zr化合物形式存在，可以抑制变形加工再结晶行为，控制晶粒大小和形状，从而提高铝锆合金的淬透性、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。整个制备过程无污染，成本低，覆盖剂和二氧化锆可重复利用，工艺简单易行。
【具体实施方式】
[0015]为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
[0016]本发明最关键的构思在于:采用铝钙合金为还原剂，高纯二氧化锆为原料，冰晶石、锆氟酸钾和氯化钠为覆盖剂，通过原料成分控制和高温还原工艺，制备出杂质元素含量低、锆含量高且锆在合金中分布均匀的铝锆中间合金。
[0017]本发明提供一种铝锆合金的制备方法，包括:
[0018]将铝钙合金放置于坩祸底部，然后将二氧化锆与冰晶石、锆氟酸钾、氯化钠混合，并覆盖于铝钙合金上部，各组分重量配比为:二氧化锆:冰晶石:锆氟酸钾:氯化钠:铝钙合金=20 ?28: 35 ?55: 45 ?60: 30 ?50: 80 ?130 ；
[0019]加热坩祸使其温度达到960°C?1150°C，反应90min?120min，生成铝锆合金液；
[0020]将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。
[0021]进一步的，所述铝钙合金的组分重量配比为:铝:钙=15?35: 5?9。
[0022]进一步的，铝和钙的原料纯度彡99.8%。
[0023]进一步的，所述二氧化锆为细度彡500目、纯度彡99.5%的粉体。
[0024]进一步的，所述坩祸为石墨坩祸。
[0025]本发明的反应机理如下:
[0026]在960-1150°C高温条件下，还原剂铝钙合金熔融并在二氧化锆表面发生如下还原反应:2Al-Ca+2Zr02= 2Al-Zr+2Ca0+0 2，反应过程无污染，所使用覆盖剂锆氟酸钾、氯化钠、冰晶石按一定配比组合，高温下可以起到助推二氧化锆表面钙热还原反应作用，从而制备出杂质元素含量低、错含量高且分布均匀的招错合金，且错在合金中部分以小尺寸Al3Zr化合物形式存在，可以抑制变形加工再结晶行为，控制晶粒大小和形状，从而提高铝锆合金的淬透性、断裂韧性和抗应力腐蚀性能等。960?1150°C高温下覆盖剂与铝锆合金均呈液态，因覆盖剂密度小于铝锆合金液，可直接与铝锆合金液分离而重复使用，提高原料利用率，降低生产成本。
[0027]实施例1
[0028]首先将重量配比为铝:钙=25: 7、铝和钙的原料纯度多99.8%的铝钙合金放置于石墨坩祸底部，再将纯度多99.5%、细度多500目的二氧化锆粉体与冰晶石、锆氟酸钾、氯化钠混合均匀，各组分重量配比为:二氧化锆:冰晶石:锆氟酸钾:氯化钠:铝钙合金=24: 45: 53: 40: 105，然后加热石墨坩祸使其温度达到990°C，反应105min，生成铝锆合金液，最后将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。
[0029]经检测，制备得到的铝锆合金中锆含量为7.0wt%, Al+Zr = 99.8wt%，且锆在合金中部分以小尺寸Al3Zr化合物形式均匀弥散。
[0030]实施例2
[0031]首先将重量配比为铝:钙=7: 1、铝和钙的原料纯度彡99.8%的铝钙合金放置于石墨坩祸底部，再将纯度多99.5%、细度多500目的二氧化锆粉体与冰晶石、锆氟酸钾、氯化钠混合均匀，各组分重量配比为:二氧化锆:冰晶石:锆氟酸钾:氯化钠:铝钙合金=20: 35: 45: 30: 80，然后加热石墨坩祸使其温度达到960°C，反应105min，生成铝锆合金液，最后将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。
[0032]经检测，制备得到的铝锆合金中锆含量为5.lwt%, Al+Zr = 99.lwt%，且锆在合金中部分以小尺寸Al3Zr化合物形式均匀弥散。
[0033]实施例3
[0034]首先将重量配比为铝:钙=5: 3、铝和钙的原料纯度彡99.8%的铝钙合金放置于石墨坩祸底部，再将纯度多99.5%、细度多500目的二氧化锆粉体与冰晶石、锆氟酸钾、氯化钠混合均匀，各组分重量配比为:二氧化锆:冰晶石:锆氟酸钾:氯化钠:铝钙合金=28: 55: 60: 50: 130，然后加热石墨坩祸使其温度达到1150°C，反应105min，生成铝锆合金液，最后将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。
[0035]经检测，制备得到的铝锆合金中锆含量为6.3wt%, Al+Zr = 99.3wt%，且锆在合金中部分以小尺寸Al3Zr化合物形式均匀弥散。
[0036]对比例1
[0037]首先将重量配比为铝:钙=25: 7、铝和钙的原料纯度多99.8%的铝钙合金放置于石墨坩祸底部，再将纯度多99.5%、细度多500目的二氧化锆粉体与冰晶石、锆氟酸钾、氯化钠混合均匀，各组分重量配比为:二氧化锆:冰晶石:锆氟酸钾:氯化钠:铝钙合金=24: 20: 20: 15: 105，然后加热石墨坩祸使其温度达到990°C，反应105min，生成铝锆合金液，最后将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。
[0038]经检测，制备得到的铝锆合金中锆含量为0.6wt%, Al+Zr = 79wt%。
[0039]对比例2
[0040]首先将重量配比为铝:钙=25: 7、铝和钙的原料纯度多99.8%的铝钙合金放置于石墨坩祸底部，再将纯度多99.5%、细度多500目的二氧化锆粉体与冰晶石、锆氟酸钾、氯化钠混合均匀，各组分重量配比为:二氧化锆:冰晶石:锆氟酸钾:氯化钠:铝钙合金=24: 45: 53: 40: 105，然后加热石墨坩祸使其温度达到750°C，反应105min，生成铝锆合金液，最后将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。
[0041]经检测，制备得到的招错合金中错含量为0.4wt%, Al+Zr = 48wt%。
[0042]综上所述，本发明提供的铝锆合金的制备方法简单易行，无污染，成本低，制备得到的招错合金的含错量可达到4wt% -7wt%, Al+Zr彡99wt%，错在合金中部分以小尺寸Al3Zr化合物形式存在，可有效提高铝锆合金的淬透性、断裂韧性和抗应力腐蚀性能，覆盖剂及原料二氧化锆可重复利用，原料利用率高，生产成本低。
[0043]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种铝锆合金的制备方法，其特征在于，包括: 将铝钙合金放置于坩祸底部，然后将二氧化锆与冰晶石、锆氟酸钾、氯化钠混合，并覆盖于铝钙合金上部，各组分重量配比为:二氧化锆:冰晶石:锆氟酸钾:氯化钠:铝钙合金=20 ?28: 35 ?55: 45 ?60: 30 ?50: 80 ?130 ； 加热坩祸使其温度达到960°C?1150°C，反应90min?120min，生成铝锆合金液； 将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。2.根据权利要求1所述的铝锆合金的制备方法，其特征在于:所述铝钙合金的组分重量配比为:招:钙=15?35: 5?9。3.根据权利要求2所述的铝锆合金制备方法，其特征在于:铝和钙的原料纯度≥ 99.4.根据权利要求1所述的铝锆合金制备方法，其特征在于:所述二氧化锆为细度多500目、纯度≥99.5%的粉体。5.根据权利要求1所述的铝锆合金制备方法，其特征在于:所述坩祸为石墨坩祸。6.一种铝锆合金的制备方法，其特征在于，包括: 首先将重量配比为铝:钙=25: 7、铝和钙的原料纯度多99.8%的铝钙合金放置于石墨坩祸底部，再将纯度多99.5%、细度多500目的二氧化锆粉体与冰晶石、锆氟酸钾、氯化钠混合均匀，各组分重量配比为:二氧化锆:冰晶石:锆氟酸钾:氯化钠:铝钙合金=24: 45: 53: 40: 105，然后加热石墨坩祸使其温度达到990°C，反应105min，生成铝锆合金液，最后将铝锆合金液浇入模铸，制成铝锆合金锭。
【专利摘要】本发明涉及一种铝锆合金的制备方法，采用铝钙合金为复合还原剂，高纯二氧化锆为原料，冰晶石、锆氟酸钾和氯化钠为覆盖剂，通过原料成分控制和高温还原工艺，可以制备出杂质元素含量低、锆含量高且锆在合金中分布均匀的铝锆合金。经检测，本发明制备得到的铝锆合金的锆含量可达4～7wt％，Al+Zr≥99wt％，且锆在合金中部分以小尺寸Al3Zr化合物形式存在，可以抑制变形加工再结晶行为，控制晶粒大小和形状，从而提高铝锆合金的淬透性、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。整个制备过程无污染，成本低，覆盖剂和二氧化锆可重复利用，工艺简单易行。
【IPC分类】C22C1/03, C22C21/00
【公开号】CN105274372
【申请号】CN201510888586
【发明人】包晓刚, 叶旦旺, 李小毅, 朱忠雄, 李辉斌
【申请人】三祥新材股份有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年12月7日