一种超重力过滤复合净化铝及铝合金熔体的方法
【专利摘要】本发明提出一种超重力过滤复合去除铝及铝合金熔体内夹杂物的方法。该方法属于新兴物理场净化金属熔体的技术。利用离心机旋转产生超重力场，并采用过滤器对铝熔体进行超重力过滤处理。经过超重力过滤后，铝熔体内部的氧化夹杂以及杂质元素相能够与铝基体彻底分离。本发明利用超重力过滤复合净化法实现了铝及铝合金熔体内部非金属夹杂以及杂质元素的快速去除，显著提高了铝熔体的洁净度，而且与实际生产中普通过滤相比，在超重力场中可以采用孔径更小的过滤器，进而能够去除尺寸更小的夹杂，而不会影响熔体的过滤速率。
【专利说明】
一种超重力过滤复合净化铝及铝合金熔体的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及金属熔体精炼纯净化技术领域，具体涉及到一种在超重力场与过滤复 合作用下净化金属熔体的方法。
【背景技术】
[0002] 随着铝合金在汽车制造业、航空航天、建筑行业以电子元件等领域地广泛应用，那 么对于铝合金的性能要求日益提高。然而铝合金中夹杂物的存在严重影响了铝合金的机械 加工性能以及机械性能。因此进一步降低夹杂颗粒含量水平显得尤为重要。传统的铝熔体 净化方法包括普通重力沉降、普通过滤、渣洗精炼、气泡上浮等，这些传统净化方法能够有 效去除大尺寸的夹杂颗粒，但是对于微小尺寸的夹杂去除效果不佳。
[0003] 近年来，超重力技术作为一种全新的技术由于具有强化传质的特点正日益受到各 个领域科学工作者的重视。超重力技术开始应用在金属杂质元素去除、冶金等级硅提纯以 及冶金渣中有价元素的富集提取。中国发明专利（申请号201310250389.0,一种超重力分离 钛渣中钛资源的方法）以及中国发明专利（申请号201310416429.4,一种超重力分离钒渣中 钒资源的方法)都充分证明了超重力可以有效分离熔渣中的固态组元，这为超重力应用到 金属熔体内夹杂物的去除上提供了一定的参考依据。
【发明内容】
[0004] 为了改善传统熔体净化方法的不足，本发明提供一种新的铝合金熔体复合净化方 法，该方法利用超重力极大的强化了铝熔体的过滤速率，能够在很短时间内完成铝熔体与 夹杂物的彻底分离，从而实现了铝合金熔体高效净化的目的，同时超重力场的施加可以采 用孔径更细小的过滤器，进而可以去除尺寸更微小的夹杂，从而提高微小夹杂的去除效率。
[0005] -种超重力过滤复合净化铝合金熔体的方法，其特征在于，铝合金在超重力设备 加热炉中加热至700~750°C，使合金完全熔化;在铝熔体完全熔化之后在超重力场中进行 过滤净化处理，能够使非金属夹杂物与杂质元素相从熔体内部彻底分离，从而实现铝合金 熔体净化的目的。
[0006] 具体步骤如下：
[0007]步骤一、将铝合金在惰性气体或者保护渣的保护下加热至700°C~750°C，并保温 一定时间，使之完全熔化。
[0008] 步骤二、开启离心机，调至特定转速，通过离心旋转产生的超重力实现熔体中夹杂 物的过滤分离。
[0009] 步骤三、超重力过滤完成后关闭离心机，取出过滤试样，喷水快速冷却，得到净化 后的错合金。
[0010] 优选地，步骤一中的惰性气体为高纯氩气或保护渣为33 % NaCl+67 % CaCl2。
[0011] 优选地，步骤二中的超重力系数不小于50g，铝熔体温度控制在700°C~750°C。
[0012] 本发明的优点是:利用超重力过滤复合净化法可以快速有效地分离铝合金熔体中 的夹杂物，净化铝与夹杂物能够彻底分开，从而不需要利用物理方法或化学方法进行后续 分离处理，而且工艺流程简单，成本低廉，环保。
[0013] 本发明的其他特征将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0014] 为对本发明作进一步理解，附图与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但 并不构成对本发明的限制。
[0015] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0016] 图1所示为本发明的超重力实现方式以及超重力过滤过程中夹杂物的分离示意 图，其中1为原铝合金熔体，2为过滤介质，3为过滤得到的净化铝，4为熔体内的夹杂物，5为 旋转轴。
[0017] 图2所示为普通重力场条件下试样的微观组织图。
[0018]图3-1所示为本发明在实施例1中上部过滤渣的显微组织图。
[0019]图3-2所示为本发明在实施例1中下部过滤净化铝的显微组织图。
【具体实施方式】
[0020] 下面对本发明的【具体实施方式】作详细说明。需要指出的是此处所作的具体实施方 式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0021] 本发明的过滤器制备方法中，所采用的过滤介质为高纯石墨过滤毡，其为多孔碳 纤维结构，平均孔径为40~50μπι，其孔径远小于常用的陶瓷泡沫过滤器，过滤毡的厚度为 7mm〇
[0022] 过滤坩埚为内径14mm的高纯石墨坩埚，其由上下两个小坩埚组合而成，过滤毡紧 密地嵌在上部坩埚底部，上部坩埚底部切有3道宽度为2mm左右的缝隙。
[0023]本发明的超重力过滤方法中，将铝合金与保护渣装入过滤坩埚内，放入超重力加 热炉中升温至700°C并保温lOmin，然后开启离心机进行超重力处理，处理结束后取出坩埚 喷水快速冷却。
[0024]下面结合具体实例予以详细阐述。
[0025] 实施例1:
[0026]将适量的原铝合金与保护渣放入过滤坩埚内一起放入超重力加热炉内升温至700 °C，保温lOmin后开启离心机并调整到转速分别为600r/min、1338r/min，对应的重力系数分 别为G= 100、G = 500。在70(TC恒温条件下进行超重力过滤处理2min，之后关闭离心机，取出 试样喷水快速冷却。将得到的上部过滤渣以及下部过滤净化铝经过镶嵌、粗磨、抛光处理， 并用扫描电镜观察其显微组织，结果如图3-1、3-2所示。这里铝合金中的Ti元素含量远超过 0.5%，且形成的粗大的Al 3Ti相对合金的性能造成了不良影响，因此将合金中的Ti视为一 种杂质元素来去除。利用ICP-0ES以及氧氮氢分析仪分别对获得的净化铝进行杂质元素 Ti 以及氧含量进行测定，并计算氧化夹杂以及杂质元素相的去除率，其结果如表1所示。
[0027]表1.不同重力系数条件下过滤净化铝中夹杂物的去除率
[0028]
[0029] 实施例2:
[0030] 将适量的原铝合金与保护渣放入过滤坩埚内一起放入超重力加热炉内升温至700 °C，保温lOmin后开启离心机并调整到转速分别为423r/min、，对应的重力系数为G = 50。在 700°C恒温条件下进行超重力过滤分别处理2min、10min之后关闭离心机，取出试样喷水快 速冷却。利用ICP-0ES以及氧氮氢分析仪分别对获得的净化铝进行杂质元素 Ti以及氧含量 进行测定，并计算氧化夹杂以及杂质元素相的去除率，其结果如表2所示。
[0031] 表2.重力系数G = 50下不同处理时间获得的净化铝中夹杂物的去除率
[0032]
[0033] 实施例3:
[0034]将适量的原铝合金与保护渣放入过滤坩埚内一起放入超重力加热炉内升温至特 定温度，保温lOmin后开启离心机并调整到转速分别为423r/min、，对应的重力系数为G = 50。分别在700°C、750°C的恒温条件下进行超重力过滤处理2min，之后关闭离心机，取出试 样喷水快速冷却。利用ICP-0ES以及氧氮氢分析仪分别对获得的净化铝进行杂质元素 Ti以 及氧含量进行测定，并计算氧化夹杂以及杂质元素相的去除率，其结果如表3所示。
[0035]表3.重力系数G = 50下不同处理温度下获得的净化铝中夹杂物的去除率
[0036]
[0037] 以上内容详细描述了本发明的实施方式以及应用实施方式，但是，本发明并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进 行多种简单变型，比如重力系数的变化、处理时间和处理温度的变化，这些简单变型均属于 本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种超重力过滤复合净化铝合金熔体的方法，其特征在于，铝合金在超重力设备加 热炉中加热至700~750°C，使合金完全熔化;在铝熔体完全熔化之后在超重力场中进行过 滤净化处理，能够使非金属夹杂物与杂质元素相从熔体内部彻底分离，从而实现铝合金熔 体净化的目的。2. 根据权利要求1所述的超重力过滤复合净化铝合金熔体的方法，其特征在于:具体制 备步骤是： 步骤一、将铝合金在惰性气体或者保护渣的保护下加热至700°C~750°C，并保温一定 时间，使之完全熔化； 步骤二、开启离心机，调至特定转速，通过离心旋转产生的超重力实现熔体中夹杂物的 过滤分离； 步骤三、超重力过滤完成后关闭离心机，取出过滤试样，喷水快速冷却，得到净化后的 错合金。3. 根据权利要求2所述的超重力过滤复合净化铝合金熔体的方法，其特征是:所述惰性 气体为高纯氩气，保护渣为33 % NaCl+67 % CaCl2。4. 根据权利要求1或2所述的超重力过滤复合净化铝合金熔体的方法.其特征是:进行 超重力过滤处理时，重力系数不小于50g，考虑到此方法的净化效率以及实际的生产成本， 超重力过滤处理的时间不超过20min。5. 根据权利要求1所述的超重力过滤复合净化铝合金熔体的方法，其特征是:过滤介质 采用泡沫陶瓷过滤器、过滤石墨毡以及各种滤网，平均孔径为40~50μπι。
【文档编号】C22B21/06GK105886789SQ201610390461
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】宋波, 宋高阳, 杨玉厚, 宋明明, 蔡泽云
【申请人】北京科技大学