专利名称：一种铝锂中间合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及合金制备方法，具体涉及 一 种铝锂合金的制备方法。
背景技术：
锂是自然界最轻的金属元素，密度仅为0.534g/cm3，把金属锂作 为合金元素加到金属铝中，就形成了铝锂合金。与常规铝合金相比， 铝合金在降低合金比重的同时，还可以提高刚度，同时保持较高的强 度、较好的耐腐蚀性、抗疲劳性和适宜的延展性。
如果采用银锂合金取代传统铝合金制造波音飞机，飞机重量可以 减轻14.6%,制造成本下降2.1%。每架飞机的燃料可以节省5.4%,每 年的飞行费用将降低2.2%。因此，铝锂合金被认为是航空航天最理想 的结构材料。据报道，美国铝业公司，雷诺兹金属公司、英国加拿大 铝业公司、法国普基铝业公司和俄罗斯乌拉尔冶金厂等都在工业规模 地批量生产铝锂合金材料，用于航空航天工业。我们国家也可以生产 工业生产应用的铝锂合金材料。
在现有技术中，制备铝锂合金时，对掺法是比较常用的方法，即 向铝液中加入金属锂块，然后配制铸成一定浓度铝锂合金，该方法虽 然简单，但是由于金属锂密度小、活性强，所以烧损率高达10~ 18% 之间，因此难以制取成分均勻稳定的铝锂合金。
中国专利CN86108948A公开了 一种铝锂中间合金的生产方法， 在该方法中釆用纯净的氯化锂作为电解质，液态铝作为阴极，然后在 电流密度为1.2A~3A/cm2、电解温度为740°C ~ 850°C的条件下制备铝 锂中间合金，在电解过程中每隔10分钟搅拌电解液。虽然该方法可以 制备锂含量15%以下的铝锂中间合金，但该方法操作过程复杂，因此 也不容易制备质量稳定的铝锂中间合金。
本发明人经过研究发现，如果在制备锂金属液后，将该锂金属液 直接与铝金属液混合，可以避免锂的烧损，然后通过控制铸造条件， 制备成分均匀的铝锂中间合金。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供 一 种可以制备成分均勻的铝锂 中间合金的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种铝锂合金的制备方法，包
括步骤
制备锂金属液；
将所述锂金属液和铝金属液送入半连续铸造机的熔炼炉混合； 将所述混合后的金属液从所述熔炼炉送入半连续铸造机的结晶
器内铸锭，铸锭时，结晶器内磁场强度为0.01T 0.05T、铸造温度为
700。C 900。C。
优选的，所述铸锭时的铸造速度为50mm/min~ 150mm/min。
优选的，所述制备锂金属液具体为
釆用熔盐电解法或真空还原法制备锂金属液。
优选的，所述将所述锂金属液和铝金属液送入半连续铸造才几的熔 炼炉混合具体为
将所述锂金属液和铝金属液通过设置在所述熔炼炉内混合装置 进行混合。
优选的，所述混合装置包括
设置在所述熔炼炉内的两个位置相对的第 一 流槽和第二流槽，所 述第 一流槽的出料口设置在第二流槽的出料口的上方，所述锂金属液 和铝金属液分别经由第 一 流槽和第二流槽在熔炼炉内混合。 '优选的，所述混合装置包括
设置在所述熔炼炉内的两个位置相对的第一流槽和第二流槽，所 述第 一流槽的出料口设置在所述第二流槽的出料口的下方，所述锂金 属液和铝金属液分别经由第 一流槽和第二流槽在熔炼炉内混合。
本发明还提供一种在上述技术方案所述的制备方法中使用的半 连续铸造机，包括熔炼炉和设置在熔炼炉下方的铸造部，所述熔炼炉 内设置有混料装置。
优选的，所述混料装置包括设置在所述熔炼炉内的两个位置相对的第 一流槽和第二流槽，所述第 一流槽的出料口设置在第二流槽的出 料口的下方。
优选的，所述熔炼炉顶部设置有分别与第 一 流槽和第二流槽连接 的第一进料口和第二进料口 。
优选的，所述第一流槽和第二流槽为耐火材料制成。 本发明提供一种铝锂中间合金的制备方法。本发明将锂金属液和 铝金属液一起送入半连续铸造机的熔炼炉内进行混合，然后从半连续 铸造机的结晶器内牵引出铝锂中间合金。在结晶器的磁场作用下，混 合液发生低频振动和稳定环流，可以对铝金属液和锂金属液起到更好 的混合作用，并有效的提高成核率，可以制备成分均匀的铝锂中间合 金。在一种优选的实施方式中，通过设置在熔炼炉内的混合装置，将 铝金属液和锂金属液在熔炼炉内混合流动，达到更好的混合效果，有 利于制备成分均匀的铝锂中间合金。
图1本发明提供的半连续铸造机的一种实施方式的示意图； 图2本发明提供的第一流槽一种具体实施方式
的示意图。
具体实施例方式
本发明提供的一个制备铝锂合金的实施例，包括步骤 制备锂金属液；
将所述锂金属液和铝金属液送入半连续铸造机的熔炼炉混合； 将所述混合后的金属液从所述熔炼炉送入半连续铸造机的结晶 器内铸锭，铸锭时，电磁场频率为30Hz~ 100Hz、结晶器内磁场强度 为0.01 T 0.05T、铸造温度为700°C~ 900°C,铸造速度为50 ~ 150mm/min。
按照本发明，制备锂金属液，可以采用本领域技术人员熟知的熔 盐电解法和真空热还原法。然后，将由熔盐电解或真空热还原制备的 锂金属液送入半连续制造机的熔炼炉中。本发明所迷询铝金属液可以 有多种来源，可以采用本领域技术人员熟知的熔盐电解法和真空还原 法制备，也可以由纯铝熔化成铝金属液。请参见图1,为本发明提供的半连续铸造机的一种具体实施方式
的示意图。如图l所示，半连续铸造机包括熔炼炉11,在熔炼炉的侧 壁上安装有加热线圏12,熔炼炉的下方安装有本领域技术人员熟知的
半连续铸造机的结晶器13，在结晶器内安装有电磁线圈13a，在结晶 器内循环冷却水用于将锂金属液和铝金属液的混合液体冷却形成铝锂 合金。
熔炼炉包括一个盖体lla,在熔炼炉内部安装有两个位置相对的 第一流槽llb和第二流槽llc,所述第一流槽lla和第二流槽llc与盖 体lla固定连接。另外，在盖体lla上还分别安装有与第一流槽lib 和第二流槽lie连接的第一进料口 lld和第二进料口 lie,通过两个 进料口 lld、 lle分别向熔炼炉内送入锂金属液和铝金属液。在熔炼炉 的盖体lla上还设置有输送保护气体的气体输送管15,通过该气体输 送管15,向熔炼炉内输送氮气、惰性气体等保护性气体。
请同时参见图2,为本发明提供的第一流槽一种具体实施方式
的 示意图，第一流槽和第二流槽具有相同的结构，以第一流槽为例说明 其结果。如图2所示，所述第一流槽lib包括与设置在盖体lla上的 进料口 lld连接的倾斜的进料槽101a、与进料槽连接的出料口 101b, 出料口 101b的面积从进料槽开始逐渐扩大，在出料口上设置有多个引 流沟槽101c,通过该引流沟槽101c，将锂金属液均匀铺展在出料口 101b上。
如图l所示，第一流槽lib的进料口设置在第二流槽lie的下方 的位置处，这样当锂金属液从第 一进料口进入到第 一 流槽上时在出料 口上均勻铺展后向下流动，铝金属液从第二进料口进入到第二流槽上 时在出料口上均匀铺展后向下流动，铝金属液再下流到第 一流槽的出 料口上与锂金属液混合， 一起下落到熔炼炉下部，在混合流动的过程 中，锂金属液和铝金属液得到很好的混合效果。混合液中铝和锂的重 量比为铝锂为1: 15 99: 85,优选为5: 15二然:'85,更优选为10: 15 90: 85。
按照本发明，第 一 流槽的出料口也可以设置在第二流槽的出料口的上方，也能实现本发明的目的。在本实施方式中，也可以将锂金属 液从第二进料口进入到第二流槽，将铝金属液从第 一进料口进入到第 二流槽，也可实现本发明的目的，对此本发明并无特别限制。第一流 槽和第二流槽的材质可以为本领域技术人员熟知的铝合金铸造用耐火 材料。
按照本发明，熔炼炉内的温度优选为70(TC 90(TC,更优选为700 。C 800。C，更优选为740。C 760。C。本发明所述铝锂中间合金的铸造 温度即指熔炼炉内的混合液温度。
锂金属液和铝金属液的混合液下落到结晶器中，开启结晶器的冷 却器后，从结晶器内中牵引出铝锂中间合金棒14。在结晶器内安装有 电》兹线圏，所述电》兹线圏的匝数优选为2000匝~3500匝，更优选为 2100压 3100匪，更优选为2400压 2600臣。所述电》兹线圈的A兹场强 度优选为0.01T 0.05T,更优选为0.02T 0.04T。电磁场频率为30Hz~ 100Hz,优选为50 Hz~ 80Hz，更优选为60 Hz ~ 70Hz。
从结晶器内向外牵引铝锂中间合金棒14时，对于牵引速度优选 为 10~200mm/min ， 更优选为 50 150mm/min ， 更优选为 70 130mm/min,更优选为80 150mm/min。本文所述铸造速度即指铝锂 合金棒的牵引速度。本文所述铝锂中间合金是指成分组成为铝、锂和 不可避免杂质的合金，铝锂中间合金用于制备铝锂合金的原料。
本发明将锂金属液和铝金属液一起送入半连续铸造机的熔炼炉 内进行混合，然后从半连续铸造机的结晶器内牵引出铝锂中间合金。 在结晶器的磁场作用下，混合液发生低频振动和稳定环流，可以对铝 金属液和锂金属液起到更好的混合作用，并有效的提高成核率，可以 制备成分均匀的铝锂中间合金。在一种优选的实施方式中，通过设置 在熔炼炉内的混合装置，将铝金属液和锂金属液在熔炼炉内混合流动， 达到更好的混合效果。
为了进一 步了解本发明，下面结合突施例对本发明提供的铝箔的 制备方法进行描述。
实施例1a) 取氧化锂作为原料，熔盐电解法制备锂金属液；
b) 耳又纯铝4定熔化，制备铝金属液；
c) 将锂金属液通过第一进料口 lld输送至熔炼炉内，同时将铝金 属液通过第二进料口 lle输送至熔炼炉内，锂金属液和铝金属液分别 通过第一流槽llb和第二流槽lle下流到熔炼炉下部，并在流动的过 程中很好的混合形成混合金属液，混合金属液中铝和锂的重量比为铝 锂为85: 15，熔炼炉送入氩气作为保护气体；
d) 熔炼炉内的温度被设置为750°C,所述混合金属液下落到结晶 器内后，开启结晶器的冷却器，从结晶器内向外牵引形成铝锂中间合 金，结晶器内的磁场强度为0.03T,电磁线圈匝数为2500匝，电磁场 频率为60Hz,牵引速度为70mm/min。
牵引后得到O50mmx 200mm的铝锂中间才奉，对该铝锂合金沿轴 向，乂人端部每隔50mm开始取样，共5个试样，对所述5个试样进4亍 成分测试，结果如表l所示。
表l、铝锂中间合金成分测试结果
0mm50mm100mm150mm200mm
Al含量(wt%)84.4984.2184.5984.6884.15
Li含量(wt%)14.5614.2314.5314.2814.35
杂质余量余量余量余量余量
以上对本发明所提供的锂铝中间合金的制备方法进行了详细介
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应 当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理 的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也 落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1、一种铝锂中间合金的制备方法，包括制备锂金属液；将所述锂金属液和铝金属液送入半连续铸造机的熔炼炉混合；将所述混合后的金属液从所述熔炼炉送入半连续铸造机的结晶器内铸锭，铸锭时，结晶器内磁场强度为0.01T～0.05T、铸造温度为700℃～900℃。
2、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铸锭时 的祷造速度为50mm/min~ 150mm/min。
3、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备锂 金属液具体为采用熔盐电解法或真空还原法制备锂金属液。
4、 根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于， 所述将所述锂金属液和铝金属液送入半连续铸造机的熔炼炉混合具体 为将所述锂金属液和铝金属液通过设置在所述熔炼炉内的混合装 置进行混合。
5、 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合装 置包括< 设置在所述熔炼炉内的两个位置相对的第 一 流槽和第二流槽，所 述第 一流槽的出料口设置在第二流槽的出料口的上方，所述锂金属液 和铝金属液分别经由第 一 流槽和第二流槽在熔炼炉内混合。
6、 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合装 置包括设置在所述熔炼炉内的两个位置相对的第 一 流槽和第二流槽，所 述第 一 流槽的出料口设置在所述第二流槽的出料口的下方，所述锂金 属液和铝金属液分别经由第 一 流槽和第二流槽在熔炼炉内混合。
7、 一种在权利要求1至6任一项所述的制备方法中使用的半连 续铸造机，包括熔炼炉和设置在熔炼炉下方的铸造部，所述熔炼炉内 设置有混料装置。
8、 根据权利要求7所述的半连续铸造机，其特征在于，所述混料装置包括设置在所述熔炼炉内的两个位置相对的第 一 流槽和第二流 槽，所述第一流槽的出料口设置在第二流槽的出料口的下方。
9、 根据权利要求8所述的半连续制造机，其特征在于，所述熔 炼炉顶部设置有分别与第 一流槽和第二流槽连接的第 一进料口和第二 进料口 。
10、 根据权利要求7至9任一项所述的半连续铸造机，其特征在 于，所述第一流槽和第二流槽为耐火材料制成。
全文摘要
本发明公开一种铝锂中间合金的制备方法，包括制备锂金属液；将所述锂金属液和铝金属液送入半连续铸造机的熔炼炉混合；将所述混合后的金属液从所述熔炼炉送入半连续铸造机的结晶器内铸锭，铸锭时，结晶器内磁场强度为0.01T～0.05T、铸造温度为700℃～900℃。本发明将锂金属液和铝金属液一起送入半连续铸造机的熔炼炉内进行混合，然后从半连续铸造机的结晶器内牵引出铝锂中间合金。在结晶器的磁场作用下，混合液发生低频振动和稳定环流，可以对铝金属液和锂金属液起到更好的混合作用，并有效的提高成核率，可以制备质量稳定的铝锂中间合金。
文档编号B22D11/16GK101648265SQ20091014038
公开日2010年2月17日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者张林和, 田岳宏 申请人:西南铝业(集团)有限责任公司