专利名称：：使用Al-Ti-C-Sr合金细化剂制备的再生铝及其制备方法
技术领域：
：本发明属于再生铝材料制备领域。具体来说，涉及一种使用A1-Ti-C-Sr合金细化剂制备的再生铝及其制备方法。
背景技术：
：铝废料有很高的回收价值。铝是最适合于回收和再生的金属。汽车工业、建筑工业、电子工业和包装工业铝的回收率高，在67%92%之间。与生产原铝相比，生产再生铝在环境保护方面有显著优点。从废铝料生产再生铝，二氧化碳排放量比用水电生产原铝减少91%，比用燃油发电生产原铝减少97%以上。在产量相同条件下，生产再生铝的建厂投资仅仅为生产原生铝的十分之一。在再生铝的生产中，常用的铝合金细化剂有A1-Ti-B和A1-Ti-C等，变质剂有钠盐、铝锶中间合金、稀土等。自1986年Banerji等人通过采用特殊工艺，成功地制造出A1-Ti-C中间合金细化剂以来，Al-Ti-C合金细化剂的研究工作有了新的进展，研究人员探索出了多种不同的制备方法，如液-固反应法、SHS(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis,自蔓延高温合成)铸造》去、XD(ExothermicDesposition，方夂热反应^去)^去、VLS(Vapor-liquid-solid，气-液-固接触反应法)法、快速凝固法、接触反应法等，但这些方法生产成本高、设备复杂、条件苛刻，很难实现工业化应用。目前国内实验室也研究了Al-Ti-B-Sr中间合金，但是B、Sr同时加入存在相互毒化问题。授权公告号为CN1298463C的"在超声场作用下制备铝钛碳中间合金晶粒细化剂的方法"的发明专利中公开了一种制备方法。其中的锶元素如果直接加入的话，在进行高温反应时，将不断与空气中的水蒸气反应，产生氢气和无用的氧化锶，在最终产品中产生针孔。该生产工艺中需要使用频率达到15-25KHz的超声波发生器，这类设备的购买成本和使用成本非常昂贵，不利于工厂大规模生产使用。基于上述情况，以往中并没有重视Sr在合金细化剂中的良好变质作用，为了弥补Al-Ti-B-Sr中间合金的不足，充分发挥Al-Ti-C细化剂的优越细化性能和Sr的良好变质作用，本发明提出将Sr和Al-Ti-C合金复合在一起制备一种新型Al-Ti-C-Sr合金细化剂的方法，并将该合金细化剂用于制备再生铝，得到性能优异的再生铝。
发明内容本发明的目的是提供一种使用Al-Ti-C-Sr合金细化剂制备的再生铝及其制备方法。本发明提供一种再生铝，由下列组分组成，以重量百分比计，锶0.2%-0.3%，硅6.5%-7.5%,镁0.25%-0.4%,杂质不大于0.7%，余量为铝。其拉伸强度为220-250Mpa，延伸率为7%-13%，硬度为70-90HB。再生铝的制备使用自制的Al-Ti-C-Sr合金细化剂，所述Al-Ti-C-Sr合金细化剂由下列组分组成，以重量百分比计为，铝81.5%-86.5%，钛4%-7%，碳0.3%-0.5%，锶10%-11%。优选为铝84.7%,钛5%，碳0.3%，锶10%,或优选为铝81.5%，钛7%，碳0.5%,锶11%。本发明提供一种上述再生铝的制备方法，包括将铝含量为90-92wt^的含铝废料装入石墨坩埚内，然后将其在坩埚电阻炉内加热到74(TC士5t:温度范围熔化形成熔体，待含铝废料全部熔化后保温15分钟后加入铝合金精炼剂进行精炼除气，精炼完毕后扒去表面熔渣，将预热的Al-Ti-C-Sr合金细化剂加入熔体，Al-Ti-C-Sr合金细化剂与含铝废料的重量比例为2:1000，保温15分钟后自然冷却降温至700-730°C，扒渣后浇注于预热的金属型中。该方法进一步包括制备所述的Al-Ti-C-Sr合金细化剂，包括以下步骤(1)石墨粉在坩埚电阻炉中700。C士5。C下预热3060min，&1^6在干燥箱内8(TC预热3060min;(2)用中频感应炉熔化工业纯铝；(3)铝熔体过热至800900'C，加入预热的氟钛酸钾和石墨粉；(4)用石墨搅拌器搅拌熔体；(5)在熔体表面撒上铝合金覆盖剂，保温20min;(6)升温至1200。C以上，保温15min;(7)扒去表面盐层和熔渣；(8)降温至800900。C，加入预热好的Al-10Sr合金，(Al-10Sr合金选择在生成TiAl"TiC粒子后再加入铝熔体)；(9)保温后用石墨搅拌器搅拌；(10)浇铸于砂型中。该方法进一步包括制备Al-10Sr合金，包括以下步骤1)用石墨坩埚熔化工业纯铝；2)待纯铝熔化后，升温至83(TC;3)将工业纯锶加入铝熔体；4)保温15min;5)熔体经搅拌后用惰性气体进行精炼；6)扒渣后浇注到预热的金属型中。其中，所述的铝合金覆盖剂的组成，以重量百分比计为30%的NaCl，40^的KC1，NaF30%。使用的惰性气体为高纯氩气，纯度为99.9%。图1Al-10Sr合金OM显微组织；图2Al-10Sr合金SEM显微组织；图3Al-Ti-C-Sr合金细化剂的OM显微组织；图4Al-Ti-C-Sr合金细化剂的SEM显微组织；图5(a)使用Al-Ti-C-Sr合金细化剂处理前再生合金的显微组织；图5(b)使用Al-Ti-C-Sr合金细化剂处理后再生合金的显微组织。制备实施例1Al-10Sr合金的制备本实施例具体说明Al-10Sr合金的制备过程，首先用石墨坩埚熔化工业纯铝；将纯铝熔化后，升温至83(TC;然后将工业纯锶加入铝熔体；保温15min;熔体经搅拌后用高纯氩气(纯度99.9%)进行精炼；扒渣后浇注到预热的金属型中获得。然后对Al-10Sr合金进行显微组织观察。图1为Al-10Sr合金OM显微组织；图2为Al-10Sr中间合金SEM显微组织。由图l，2可以看出，Al-10Sr中间合金组织由基体、板条状组织和细针状组织组成。板条状组织宽度大约在20^im左右。由于Sr的加入使铝熔体更容易吸气，而含有卤盐的精炼剂又会使Sr的实得率降低，因此制备A1-Sr合金时需采取必要的除气工艺。试验采取向铝熔体通氩气的方法进行除气精炼。有以上分析结果显示，除气效果明显，合金成分稳定、组织均匀。制备实施例2Al-Ti-C-Sr合金细化剂的制备本实施例用来说明Al-Ti-C-Sr合金细化剂。首先将石墨粉在坩埚电阻炉中700。C士5。C预热3060min，K2TiF6在干燥箱内80。C预热3060min;用中频感应炉熔化工业纯铝；铝熔体过热至80090(TC，加入预热的氟钛酸钾和石墨粉；用石墨搅拌器搅拌熔体；在熔体表面撒上烙体重量10%的铝合金覆盖剂，保温20min;升温至120(TC以上，保温15min;扒去表面盐层和熔渣；降温至800900°C，加入预热好的Al-10Sr合金(Al-10Sr合金选择在生成TiAl3、TiC粒子后再加入铝熔体)；保温后用石墨搅拌器搅拌；浇铸于砂型中获得，其具体组成为，以重量百分比计如下铝81.5%-86.5%，钛4%-7%，碳0.3%-0.5%，锶10%-11%。图3和4为Al-Ti-C-Sr合金的显微组织。从图中可以看出，Al-Ti-C-Sr合金组织由A1基体、板条状相、块状相、网状相组成。当Ti元素在纯铝中含量超过0.15。％时会与Al结合成金属间化合物TiA13，因熔体温度和冷却速度的不同TiA13会出现三种不同的形态从高温快速度凝固时成花瓣状(petal-like);高温慢速凝固时成板条状(plate);低温时得到块状(blocky)，但是三种形态都具有相同的晶体结构。通过对板条状相能谱分析发现，板条状相中出现A1、Ti两种元素的峰，分析认为该板条状相为TiAl3。从分布上看，板条状TiA13排列很有方向性，沿相互平行的直线排列。对块状相和部分板条状TiAl3周围依附的相进行能谱分析，发现二者均由Al、Ti、Sr三种元素组成，分析认为块状相和部分板条状TiAl3周围依附的相为Al、Ti、Sr三元化合物，而网状相则为TiC粒子。制备实施例3使用Al-Ti-C-Sr合金细化剂对再生合金进行细化处理原料原料为再生铝料、Al-Ti-C-Sr合金细化剂(Sr重量百分比大于10%)及其它用料。制备设备及工具加热设备为坩埚电阻炉、烘箱，其它工具有扒渣工具、钟形罩、搅拌工具及金属型等。再生合金熔炼熔炼过程为用石墨坩埚在坩埚电阻炉内74(TC熔化再生合金，待再生合金全部熔化后保温15分钟，用铝合金精炼剂进行精炼除气。精炼完毕后扒去表面熔渣，将预热的Al-Ti-C-Sr合金细化剂加入再生合金熔体，Al-Ti-C-Sr合金细化剂与再生合金的重量比为2:1000，保温15分钟后自然冷却降温至720°C，扒渣后浇注于预热的金属型中。显微组织分析图5(a)为Al-Ti-C-Sr处理前后再生合金的显微组织。从图中可以看出，未添加Al-Ti-C-Sr的再生合金(x-Al呈树枝状，且晶粒粗大，共晶硅也呈粗大层片状；添加A1-Ti-C-Sr的再生合金的a-Al晶粒呈卵圆形，晶粒明显细化，层片状共晶硅被变质成点状或纤维状。从组织上看，Al-Ti-C-Sr合金对再生合金具有细化和变质双重作用。经Al-Ti-C-Sr细化的再生合金热处理后力学性能分别对未加Al-Ti-C-Sr和添加A1-Ti-C-Sr的再生合金做T5热处理，即固溶处理后不完全人工时效。具体热处理工艺参数见表l。表1再生合金T5热处理工艺参数<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>T5热处理后，对未添加Al-Ti-C-Sr细化剂和添加了Al-Ti-C-Sr细化剂的再生合金进行拉伸性能测试，拉伸试样参照《金属材料室温拉伸试验方法》(中华人民共和国国家标准GB/T228-2002)加工。未添加Al-Ti-C-Sr细化剂的再生合金和添加Al-Ti-C-Sr细化剂的再生合金经T5热处理后的力学性能见表2(参见MA检测报告)。表2未加Al-Ti-C-Sr和加Al-Ti-C-Sr的再生合金(T5)力学性倉'<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>由表2可知，T5热处理后再生+Al-Ti-C-Sr合金的平均抗拉强度较再生合金增加59.7MPa，伸长率增加24%。以上分析表明，Al-Ti-C-Sr细化剂对再生合金有较强的细化变质能力。虽然上文以再生合金为例对A1-Ti-C-Sr细化剂的细化变质作用进行了说明，但合金领域的技术人员可以清楚地认识到，该Al-Ti-C-Sr细化剂可以用于各种再生铝的处理过程并起到相同的良好细化变质作用，应该指明的是，本领域的技术人员可以对上述实施例进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。权利要求1、一种使用Al-Ti-C-Sr合金细化剂制得的再生铝，其特征在于，由下列组分组成，以重量百分比计，锶0.02％-0.03％，硅6.5％-7.5％镁0.25％-0.4％杂质含量不大于0.7％余量为铝。2、如权利要求l所述的再生铝，其特征在于，拉伸强度为220-250Mpa，延伸率为7%-13%，硬度为70-90HB。3、如权利要求1或2所述的再生铝，其特征在于，制备所述再生铝使用的Al-Ti-C-Sr合金细化剂由下列组分组成，以重量百分比计，铝81.5%-86.5%钛4%-7%碳0.3%-0.5%锶10%-11%。4、如权利要求3所述的再生铝，其特征在于，所述A1-Ti-C-Sr合金细化剂由下列组分组成，以重量百分比计为，铝84.7%;钛5%;碳0.3%;锶10%。5、如权利要求3所述的再生铝，其特征在于，所述A1-Ti-C-Sr合金细化剂由下列组分组成，以重量百分比计为，铝81.5%钛7%;碳0.5%;锶11%。6、一种制备权利要求l一5中任一项所述的再生铝的方法，包括将铝含量为90-92wtX的含铝废料装入石墨坩埚内，然后将其在坩埚电阻炉内加热到740°C士5。C温度范围熔化形成熔体，待含铝废料全部熔化后保温15分钟后加入铝合金精炼剂进行精炼除气，精炼完毕后扒去表面熔渣，将预热的A1-Ti-C-Sr合金细化剂加入熔体，Al-Ti-C-Sr合金细化剂与含铝废料的重量比例为2:1000，保温15分钟后自然冷却降温至700-730°C，扒渣后浇注于预热的金属型中。7、如权利要求6所述的制备再生铝的方法，其中所述Al-Ti-C-Sr合金细化剂的组成以重量百分比计如下铝81.5%-86.5%，钛:4%-7%，碳:0.3%-0.5%，锶10%-11%。8、如权利要求6所述的制备再生铝的方法，进一步包括制备所述的Al-Ti-C-Sr合金细化剂，包括以下步骤(1)石墨粉在坩埚电阻炉中700。C士5。C下预热3060min，K2TiF6在干燥箱内80℃预热3060min;(2)用中频感应炉熔化工业纯铝；(3)铝熔体过热至800900℃，加入预热的氟钛酸钾和石墨粉；(4)用石墨搅拌器搅拌熔体；(5)在熔体表面撒上熔体重量的10%的铝合金覆盖剂，保温20min;(6)升温至1200℃以上，保温15min;(7)扒去表面盐层和熔渣；(8)降温至800900°C，加入预热好的Al-10Sr合金；(9)保温后用石墨搅拌器搅拌；(10)浇铸于砂型中。9、如权利要求7所述的制备再生铝的方法，进一步包括制备Al-10Sr合金，包括以下歩骤(1)用石墨坩埚熔化工业纯铝；(2)待纯铝熔化后，升温至830℃;(3)将工业纯锶加入铝熔休；(4)保温15min;(5)熔体经搅拌后用惰性气体进行精炼；(6)扒渣后浇注到预热的金属型巾。10、如权利要求8所述的制备再生铝的方法，其中所述的铝合金覆盖剂的组成，以重量百分比计为30X的NaCl，40X的KC1，NaF30%。11、如权利要求9所述的制备再生铝的方法，所述使用的惰性气体为高纯氩气。12、如权利要求8或9所述的制备再生铝的方法，所述反应过程均在封闭环境下进行，反应产生气体经过过滤网过滤后进入中和塔进行处理。全文摘要本发明公开了一种使用Al-Ti-C-Sr合金细化剂制造的再生铝及其制备方法。制备出的再生铝的组分为，以重量百分比计，锶0.02％-0.03％，硅6.5％-7.5％，镁0.25％-0.4％，杂质含量符合ZL101A标准，Fe≤0.2％，Cu≤0.1％，Zn≤0.1％，Mn≤0.1％，杂质总量＜0.7％，余量为铝。所述Al-Ti-C-Sr合金细化剂由下列组分组成，以重量百分比计为，铝81.5％-86.5％，钛4％-7％，碳0.3％-0.5％，锶10％-11％。使用本发明中的合金细化剂进行再生铝的生产，方法简单，不污染环境，并且通过Sr元素在细化剂中的合理配比，充分发挥了该细化剂优异的细化功能和变质功能，得到的再生铝产率高，性能优异。文档编号C22C21/02GK101205581SQ200710156950公开日2008年6月25日申请日期2007年11月21日优先权日2007年11月21日发明者宏李,葛炳灶,陈晓龙申请人:葛炳灶