铸造铝合金熔炼用含稀土除渣精炼熔剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铸造铝合金熔炼过程中净化铝合金熔液所使用的除渣精炼熔剂 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铸造铝合金的熔炼过程分为熔化，调整成份，除渣精炼，变质处理，调整温度和浇 注。由于炉料不洁，炉料受热表面氧化，导致已熔化的铝合金液内部存在一定数量的夹杂和 气体，液面上有由金属氧化物和被卷入外来杂质混合物构成的浮渣或熔渣。这种浮渣和分 散在熔液内的夹杂和气体必须除尽，以确保铸件组织的纯净。因此，除渣精炼是必要的净化 处理工艺。一般采用1)熔剂处理，包括挥发性熔剂如六氯乙烷处理，和不挥发性熔剂如氟化 钙等处理。2)惰性气体吹炼。3)过滤。或采用以上方法联合净化处理。目前应用最广也是最 经济的基本处理方法是熔剂处理法。即待合金熔化后用钟罩压入占炉料质量分数〇.2%_ 0.5%的以氯化钠、氯化钾为主体并含有上述单一或多种成份的铝合金除渣精炼剂。上述处 理过程虽然可以在不同程度上去除铝合金液中的气体和40%_80%的氧化物及金属间化合 物，但同时也产生大量烟尘和有毒有腐蚀性气体，恶化作业环境，使合金熔损率增大，难以 获得组织致密、无熔渣、无气泡及夹杂物的铝合金材料。
【发明内容】
[0003] 技术问题:本发明的目的是提供一种铸造铝合金用除渣精炼熔剂，以解决现有技 术中存在的上述问题，用本发明的这种熔剂组合物对铸造铝合金熔液进行除渣精炼处理应 无烟尘和有害气体，可有效净化铝合金液，提高流动性和铸造性能，促进铝合金铸造组织中 晶粒的细化和第二相在晶内的弥散析出，从而提高铝合金的强度，硬度，耐磨性和耐蚀性， 同时减少合金熔损率。
[0004] 本发明的另一个目的是提供一种上述组合物的制备方法。
[0005] 技术方案:本发明的铸造铝合金熔炼用除渣精炼熔剂组合物，按重量百分比计算 的组成为： 稀土氧化物 0.5%----2.0% 稀土碳酸盐 0.5%----2,0% 氯化钠 15%-----25% 氯化钾 15%---30%
[0006] 氟铝酸钠 10%-----15% 氟硅酸钠 10%-----20% 碳酸钠' 15%------30% 氟化钙 1%-----5%。
[0007] 其中：
[0008] 优选的，所述的稀土氧化物在铸造铝合金熔炼用除渣精炼熔剂中的重量含量为 0.6%-1.5 %，稀土碳酸盐在铸造铝合金熔炼用除渣精炼熔剂中的重量含量为1.0 Χ-
[0009] 所述稀土氧化物是氧化镧、氧化铈或氧化镨，或该三种氧化物的组合;稀土碳酸盐 是碳酸铺或碳酸镧。
[0010]所述的稀土氧化物是氧化镧、氧化铈、氧化镨三种氧化物的组合时，其组成以重量 计为：
[0011] 氧化镧的含量为25 %-35%，
[0012] 氧化铈的含量为60%_70%，
[0013] 氧化镨的含量为2 %-5 %。
[0014]所述的稀土碳酸盐是碳酸铈和碳酸镧的组合时，以重量计的组成为：
[0015] 碳酸铈的含量为70%_80%，
[0016] 碳酸镧的含量为20 %-30 %。
[0017]所述稀土氧化物粉体的粒度为2_5μπι。
[0018] 所述稀土碳酸盐粉体的粒度为5_8μπι。
[0019] 本发明的铸造铝合金熔炼用除渣精炼熔剂的制备方法包括以下步骤：
[0020] a)将氯化钠、氯化钾、氟铝酸钠、氟硅酸钠和氟化钙在100°C-135°C的温度和常压 下混合搅拌45分钟，形成均匀干燥粉体混合物；
[0021] b)向该混合物中加入碳酸钠、稀土氧化物和稀土碳酸盐，在90 °c-l 15 °C的温度和 常压下混合搅拌30分钟；
[0022] c)自然冷却搅拌20分钟。
[0023]本发明的熔剂组合物可以采用常规熔剂处理工艺对铸造铝合金熔液进行除渣精 炼。例如，对压铸用铝合金，待合金液温度达到工艺要求的处理温度时(合金牌号不同，则处 理温度不同，处理温度高于相应牌号浇注温度50°C-80°C有利于清渣和精炼），将熔剂用盆 形钟罩压入合金液中，（离炉底约10厘米），平移炉内各处并将钟罩做圆周运动，以便让粉体 尽量弥散分布于熔池内部，以加快反应速度。如在集中熔炼炉中使用，则最宜采用喷粉装 置，用惰性气体吸送该熔剂粉体，完成混吹净化处理。喷粉时间约10-15分钟，使其尽量弥散 分布于熔池内部，以保证反应完全。加入量视合金中杂质含量及回炉料的比例可适当调整， 然后静置约5-10分钟分钟，直至渣液彻底分离，渣成粉状为止，最后扒渣浇注。
[0024]有益效果:在上述熔剂组合物中，稀土氧化物和稀土碳酸盐在加入铝液后，通过组 分氟铝酸钠和氟硅酸钠在铝合金液熔炼温度下放热反应形成的局部高温能量起伏，被合金 液中的铝元素直接还原成具有新鲜活性表面的稀土元素，析出的活性很大的原子态活性稀 土[RE]，在铝熔炼温度范围内（680-750C)与氢生成稳定的氢化物：[RE]+2[H] = [REH2]。此 反应系放热反应，随温度下降，该氢化物越加稳定，从而达到固氢和除氢的目的。此法完全 不同于常规的借助熔剂在铝液中产生气泡，以气泡为载体，利用气泡在铝合金液中上浮过 程中吸附周围气体，以达到除氢除气的目的。利用稀土元素活泼的化学性质，可与铝合金液 中的氧，氮，氢等杂质和一系列低熔点杂质分别形成熔点高的难熔化合物，很容易和熔渣一 起从金属液中排除出去，达到除渣精炼的目的。
[0025] 利用稀土元素对氧的亲和力大于铝和氧的亲和力，故[RE]能从氧化夹杂中还原出 铝，减少了氧化铝夹杂。
[0026] 利用稀土熔剂在铝液净化中产生两层保护膜：内层：由条状纤维编织成致密保护 网络，可吸附夹杂及熔剂与夹杂的反应生成物质，保证了铝液的净化。接触空气的外层：由 结晶态物质构成，起到了隔绝空气保护铝液的作用。
[0027] 利用稀土熔剂对铝合金液的细化作用，可以提高铝合金液的流动性和铸造性能， 细化合金铸造组织，与铝及某些合金元素或杂质(Fe，Si，S等）形成高熔点化合物充当了异 质晶核，或是在晶界析出，由于钉扎作用而阻止晶粒长大。稀土表面活性高，能降低晶核表 面能，增大结晶形核率。稀土在铝液固溶度极低，且属表面活性类物质，易在晶界和相界面 上吸附偏聚，填补界面上的缺陷，从而阻碍晶体的生长，消除铝合金中沿晶界分布的连续网 状结构，使合金强度，硬度，耐磨性和耐蚀性提高。
[0028] 利用碳酸钠在铝合金熔炼温度下分解反应所释放的气泡，可有效吸附铝合金熔液 中溶解的气体和弥散分布的细小质点。按一定配比投入的氯化钠，氯化钾和氟化钙，在铝合 金熔炼温度下形成低熔点且容易捕捉杂质同时与铝合金液不润湿的熔剂，有利于造渣和渣 铝分离。这些组分的组合以及各组分的上述百分比范围，是通过大量试验确定的，上述组合 以及百分比范围使本发明铸造铝合金除渣精炼熔剂组合物具有上述净化处理效果，合金综 合性能和环保无有害烟尘的优良平衡。
[0029]整个处理过程无烟尘和刺鼻有毒有害气体释出，处理后收集的废渣中铝合金含量 重量百分比不高于5%。铝合金液的流动性提高，组织性能改善。
【具体实施方式】
[0030] 下面通过实施例和对比例进一步说明本发明。以下实施例和对比例，主要在中国 汽车铝轮毂生产基地一中信戴卡股份有限公司的工程技术研究院材料研究所及其研发车 间熔炼工部，为大众汽车配套的明岐(仪征)铝轮毂有限公司铝合金熔炼工部以及珠海市高 新企业润星泰电器有限公司的压铸车间生产现场完成。重点考察试验过程中产生的气味、 烟，渣铝分离，渣的颜色和净化效果。首先试验确定了该熔剂与常规的处理熔剂所要求的工 艺条件是一致的，在700-780°C温度范围均可使用；加入比例可在0.2wt % -0.4wt %之间调 节。在此基础上，选择浇注温度为700 °C时，浇注钢模铸棒试样、浇口套模具样品和流动性样 品。K模取样观察夹杂物数量、晶粒度、针孔度，同时进行显微组织观察，以综合判断除渣精 炼的效果。
[0031] 例1: 稀土氧化物 0. 5% 稀土碳酸盐 0..、5% 氯化钠 20%