专利名称：铝合金中杂质元素硅的去除方法
技术领域：
本发明涉及的是一种金属材料技术领域的纯化方法，具体是涉及一种铝合金中杂质元素硅的去除方法。
背景技术：
随着铝合金应用的不断扩展，对其纯净度的要求越来越高。对于大多数变形铝合金而言，硅是其主要的杂质元素。由工业纯铝配置的铝合金中的杂质硅元素主要来自原铝，而原铝中的硅主要来源于铝电解冶炼过程中氧化铝原料和炭素阳极中含有的SiO2杂质，另外，在铝合金熔炼过程中与耐火材料的接触也会造成硅的污染。在由工业纯铝配置而成的一些铝合金体系中的杂质硅元素与合金元素生成AlFeMnSi、Mg2Si以及(Fe2Cr)3SiAl12等一些硬脆相。这些硬脆相，呈粗大针片状、汉字状或块状等，与α-Al有着不同的弹性模量、膨胀系数，在其尖角处易出现应力集中，严重割裂基体，降低了材料的强度和塑韧性，在受力状态下首先产生脆断，不但成为材料的断裂源，且加速了材料的破断过程，显著降低加工制品的塑性、变形能力、疲劳寿命和断裂韧性等。目前，工业上主要通过偏析法或三层液法来生产纯度较高的精铝和高纯铝，该方法不仅能去除原铝中的硅，也能同时去除其他大部分杂质元素，但是生产效率低，产量小，成本高。用价格昂贵的精铝或高纯铝熔配合金往往是不经济的，而且也没有必要。
对现有技术文献检索发现，针对铝合金中主要杂质元素硅的去除，还没有具有明显降硅效果的方法。东北大学的张磊等，发表的名称为交变磁场分离铝熔体中Fe、Si的金属间化合物(《轻金属》2005(1)53-56)，通过在800℃下的铝熔体中加入1.2％的Mn元素把含Fe、Si的金属间化合物从原来的针状和树枝状改变为有利于电磁分离的块状，从而使得Si、Fe元素通过电磁净化得以部分去除，硅元素含量从原始的0.55％降至0.51％。但是该方法引入了对铝熔体有害的元素Mn，且对硅元素的去除效率很低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铝合金中杂质元素硅的去除方法。该方法使用方便，操作工艺简单，成本低廉，在去除铝合金中杂质元素硅的同时不会造成合金元素含量的变化或带来其他有害杂质。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过在铝合金熔体中加入含钛物质，反应生成Ti(Al1-xSix)3或钛硅化合物捕获固溶铝合金熔体中的硅元素，然后通过净化工艺去除富硅化合物，实现熔体中硅元素的去除，并使残留的钛含量与添加含钛物质前相当。
本发明步骤如下(1)将含钛物质加入至铝合金熔体中；(2)在铸造前通过过滤和/或电磁净化工艺去除铝液中的含硅化合物，经过精炼的铝液随后浇铸成锭或直接铸轧成板材，实现铝液中硅元素的净化去除。
步骤(1)中，所述的含钛物质，是指含钛化合物或铝钛中间合金或纯钛颗粒。
所述的含钛化合物为二氧化钛、氟钛酸钾或它们的混合物。在铝合金熔体中只需加入其中一种化合物就能达到良好的除硅效果。
所述的含钛化合物，其加入方式可以单独加入铝合金熔体中，也可以和普通精炼剂混合均匀后一起加入。
所述的含钛物质，其加入量应使得铝合金熔体中钛的质量百分数为0.2％-3％。
所述的含钛物质是含钛化合物时，则以下操作步骤为铝合金在熔炼炉或保温炉内熔化并在700℃-800℃保温，通过喷粉机将烘干脱水后的含钛化合物或含钛化合物与普通精炼剂的混合物随气体(N2或Ar)喷射入熔体内，并使得其在整个熔池内充分混合，铝液在精炼后保温30分钟-90分钟；所述的含钛物质是铝钛中间合金或纯钛颗粒时，则以下操作步骤为铝合金在熔炼炉或保温炉内熔化并在700℃-800℃保温，加入铝钛中间合金或纯钛颗粒，待其熔化后进行搅拌，使得钛元素在整个熔池内分布均匀，铝液经精炼后保温30分钟-90分钟。
步骤(2)中，所述的过滤净化工艺，具体为将含有富硅化合物的铝液通过规格为15ppi-40ppi的泡沫陶瓷过滤器；
步骤(2)中，所述的电磁净化工艺，具体为将含有富硅化合物的铝液通过孔径为3mm-20mm的蜂窝状陶瓷管分离器，并通过螺线管线圈施加频率10kHz～30kHz、磁感应强度0.02T-0.10T的交变磁场。
与现有技术通过在铝熔体中加入Mn元素除Si相比，本发明通过加入含钛化合物、铝钛中间合金或纯钛颗粒以及随后的净化处理，可使铝合金中的硅含量降低15％-50％，实现铝熔体中硅元素的有效去除。本发明所述的铝合金中杂质元素硅的去除方法适合铝合金的熔炼要求，所用含钛化合物来源广泛、价格低廉，整个净化过程操作工艺简便，不会带来其他有害杂质元素，也不会造成合金元素含量的变化。
具体实施例方式
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所选用的含钛物质为纯钛颗粒，加入量为铝熔体重量的0.2％。
铝合金在熔炼炉内熔化并在800℃保温一段时间后，加入纯钛颗粒，待其熔化后，对铝合金熔体进行搅拌以使得钛元素在整个熔池内分布均匀，精炼后保温30分钟用于浇铸。炉外采用40ppi的泡沫陶瓷过滤器净化铝熔体。用于含硅量0.11％的铝合金，经过净化后其含硅量降低到0.08％(质量分数)。
实施例2所选用的含钛化合物为氟钛酸钾，加入量使得铝熔体中钛质量分数为1％。
铝合金在熔炼炉内熔化并在800℃保温一段时间后，通过喷粉机将氟钛酸钾随气体(N2或Ar)喷射入熔体内，并使得氟钛酸钾在整个熔池内充分混合，精炼后保温90分钟用于浇铸。炉外采用15 ppi的泡沫陶瓷过滤器净化铝熔体。用于含硅量1.37％的铝合金熔体，经过净化后其含硅量降至1.14％(质量分数)。
实施例3所选用的含钛物质为铝钛中间合金，加入量使铝熔体中钛质量分数为3％。
铝合金在熔炼炉内熔化并在720℃保温一段时间后，加入铝钛中间合金，待其熔化后施加搅拌以使钛元素在熔池内分布均匀，精炼后保温50分钟用于浇铸。炉外采用30ppi的泡沫陶瓷过滤器净化铝熔体。经过净化后铝合金熔体中含硅量从0.6％降为0.3％(质量分数)。
实施例4所选用的含钛化合物为氟钛酸钾和二氧化钛的混合物，加入后铝熔体中钛质量分数为1％。
铝合金在熔炼炉内熔化并在700℃保温一段时间后，通过喷粉机将混合物随气体(N2或Ar)喷射入熔体内，并使得其在整个熔池内充分混合，精炼后保温30分钟后用于浇铸。炉外熔体净化方式为电磁净化蜂窝状陶瓷管分离器孔径为20mm，螺线管线圈施加频率10kHz，交变磁场的磁感应强度0.02T。用于铝合金中，净化后其含硅量从0.15％降至0.08％(质量分数)。
实施例5所选用的含钛化合物为氟钛酸钾，加入后铝熔体中钛质量分数为2％。
铝合金在熔炼炉内熔化并在780℃保温一段时间后，通过喷粉机将氟钛酸钾粉末随气体(N2或Ar)喷射入熔体内，并使得其在整个熔池内充分混合，精炼后保温90分钟用于浇铸。炉外采用20ppi的泡沫陶瓷过滤器和电磁净化对铝熔体进行复合净化处理(蜂窝状陶瓷管分离器孔径为3mm，螺线管线圈施加频率30kHz、交变磁场的磁感应强度0.10T)。用于含硅量0.5％的铝合金熔体，净化后其含硅量从0.5％降到了0.27％(质量分数)。
权利要求
1.一种铝合金中杂质元素硅的去除方法，其特征在于，通过在铝合金熔体中加入含钛物质，反应生成Ti(Al1-xSix)3或钛硅化合物捕获固溶铝合金熔体中的硅元素，然后通过净化工艺去除富硅化合物，实现熔体中硅元素的去除。
2.如权利要求1所述的铝合金中杂质元素硅的去除方法，其特征是，包括如下步骤(1)将含钛物质加入至铝合金熔体中；(2)在铸造前通过过滤和/或电磁净化工艺去除铝液中的含硅化合物，经过精炼的铝液随后浇铸成锭或直接铸轧成板材，实现铝液中硅元素的净化去除。
3.如权利要求1或2所述的铝合金中杂质元素硅的去除方法，其特征是，步骤(1)中，所述的含钛物质，是指含钛化合物或铝钛中间合金或纯钛颗粒。
4.如权利要求3所述的铝合金中杂质元素硅的去除方法，其特征是，所述的含钛化合物为二氧化钛、氟钛酸钾或它们的混合物。
5.如权利要求4所述的铝合金中杂质元素硅的去除方法，其特征是，所述的含钛化合物，其加入方式单独加入铝合金熔体中，或与普通精炼剂混合均匀后一起加入。
6.如权利要求1或2所述的铝合金中杂质元素硅的去除方法，其特征是，所述的含钛物质，其加入量应使得铝合金熔体中钛的质量百分数为0.2％-3％。
7.如权利要求3所述的铝合金中杂质元素硅的去除方法，其特征是，所述的含钛物质是含钛化合物时，则以下操作步骤为铝合金在熔炼炉或保温炉内熔化并在700℃-800℃保温，通过喷粉机将烘干脱水后的含钛化合物或含钛化合物与普通精炼剂的混合物随气体N2或Ar喷射入熔体内，并使得其在整个熔池内充分混合，铝液在精炼后保温30分钟-90分钟。
8.如权利要求3所述的铝合金中杂质元素硅的去除方法，其特征是，所述的含钛物质是铝钛中间合金或纯钛颗粒时，则以下操作步骤为铝合金在熔炼炉或保温炉内熔化并在700℃-800℃保温，加入铝钛中间合金或纯钛颗粒，待其熔化后进行搅拌，使得钛元素在整个熔池内分布均匀，铝液经精炼后保温30分钟-90分钟。
9.如权利要求2所述的铝合金中杂质元素硅的去除方法，其特征是，步骤(2)中，所述的过滤净化工艺，具体为将含有富硅化合物的铝液通过规格为15ppi-40ppi的泡沫陶瓷过滤器。
10.如权利要求2所述的铝合金中杂质元素硅的去除方法，其特征是，步骤(2)中，所述的电磁净化工艺，具体为将含有富硅化合物的铝液通过孔径为3mm-20mm的蜂窝状陶瓷管分离器，并通过螺线管线圈施加频率10kHz～30kHz、磁感应强度0.02T-0.10T的交变磁场。
全文摘要
本发明涉及的是一种金属材料技术领域的铝合金中杂质元素硅的去除方法。本发明通过在铝合金熔体中加入含钛物质，反应生成Ti(Al
文档编号C22C21/00GK101086042SQ20071004398
公开日2007年12月12日 申请日期2007年7月19日 优先权日2007年7月19日
发明者疏达, 祝国梁, 王俊, 孙宝德 申请人:上海交通大学