一种b-re精炼剂及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及一种B-RE精炼剂及其使用方法。它是通过以下方式实现的：所述的B-RE精炼剂是由硼化剂和稀土组分所组成。其中，硼化剂占B-RE精炼剂总质量的70-90%，其余为稀土组分。以上所述B-RE精炼剂的使用方法是：当铝合金熔体温度达700-730℃时，将占铝合金熔体质量为0.3%-0.8%的B-RE精炼剂加入熔炼炉中，搅拌均匀，静置3-5min后出炉；当加入B-RE精炼剂的铝合金熔体流经流槽时，再加入Al-Ti-B中间合金作为晶粒细化剂，加入量为占铝合金熔体质量的0.1%-0.3%，并按常规铸造工艺铸造。本发明的有益效果在于：由于B-RE精炼剂强化了铝熔体的精炼，简化了熔炼工艺，在不降低合金的力学性能的基础上，明显提高合金的导电率。
【专利说明】一种B-RE精炼剂及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新材料领域。涉及一种铝合金熔体净化用B-RE精炼剂，可用于铝合金精炼，改善铝合金的组织性能，提高其导电导热率。
【背景技术】
[0002]近年来，铜资源的日益紧缺和价格的不断上涨，促使人们努力寻找性能接近铜，价格低廉、供应充足的替代产品。世界铝产量仅次于钢、铁，居有色金属的首位，由于铝及其合金具有比重小、耐腐蚀性好、光泽美丽、可回收再利用、原材料廉价易得等一系列优越性能，铝材的应用已越来越广泛，铝是替代铜作为导电、导热功能材料的首选资源。
[0003]铝的导电率是铜的60%左右，导热系数是铜的55%左右，比热是铜的2.33倍。铝的加工性能良好，其在地球上储量大，价格低，是替代铜的理想材料。寻找提高铝合金的导电率的措施，替代铜合金应用于电力、电器等领域，实现“以铝节铜”，能有效地节约能源和生产成本，具有广阔的市场应用前景和显著的经济和社会效益。如导电率大于59%IACS、抗拉强度大于280MPa的高强高韧铝合金导电板，在国外已部分取代铜导线，用于汽车冰箱、电线电缆等。随着科技的进步、经济的发展以及航空、航天、装备工业的需要，对超高导电率高强度铝合金的需求日益旺盛。
[0004]我国国产铝材普遍含Fe、Si较高，对一些高性能铝材(如电工用铝材)存在夹杂物较多，质量不高的问题，不能达到使用要求，长期以来依赖进口。因此，为控制铝熔体的冶金质量，降低夹杂物、气孔等的危害，需对原材料和熔炼过程提出严格要求，尽可能的减少冶金污染源，而更为重要的是改进传统的熔炼工艺，研究和应用先进的熔体处理技术。
[0005]铝及铝合金熔体净`化方法有过滤净化、非吸附净化和吸附净化大类。其中过滤净化处理量小，需定期更换过滤介质，运行成本较高；非吸附净化主要有真空净化法、超声波净化法和电磁净化法，但设备投资大，运行成本高；吸附净化主要有气体精炼法和精炼剂净化法，其中精炼剂净化法由于易于操作，价格低廉，净化效果好等优点，在实际生产中得到了广泛应用。目前国内用于铝合金精炼的精炼剂主要由NaCl、KCl、MgCl2、Na2SiF6、Na3AliF6等经过脱水机械混合而成，其在使用温度下仍为固体颗粒状混合物，造渣性能差，凝固后即形成块状渣，增加了熔炼过程中铝的损耗，不利于氢气从铝液中排出；且用氯化物作精炼剂时分解物不仅有毒且有强烈的刺激性气味，不仅不利于身体健康，而且也容易损坏设备，污染环境。国外生产的精炼剂虽然造渣性能好，但成分复杂，成本较高。
[0006]在导电铝的研究与生产中，降低铝的电阻率，提高其导电性，一直是本领域不断追求的目标。目前对铝导体的导电性进行的研究和应用，比较成功的是稀土铝材料和含硼铝材料的研究和应用。但前者虽然提高了铝合金的强度，却影响了铝合金的导电性；后者虽然能够在一定程度上提高铝合金的导电性，但强度只能达到纯铝的水平。
[0007]稀土(RE)在金属材料中是一种有益的添加元素，通过一定方式在金属中添加适量的稀土以明显地提高产品质量或降低其生产成本，稀土在黑色金属及铝及铝合金等金属中已经获得了广泛的应用。在铝及铝合金中添加适量稀土可以起到良好的净化作用，表现为明显减少铝液中的含氢量，降低铸件针孔率和孔隙度，减少铝液中的夹杂物，降低铝液中的有害元素等；且微量稀土的加入可以改善金属的晶体结构，提高铝合金的力学性能。
[0008]硼(B )是降低铝的电阻率的有效元素，一方面B与铝中固溶的微量杂质元素T1、V、Mn、Cr等反应生成硼化物，从而减弱这些杂质元素对铝导电性的有害影响；另外，B与铝中固溶态的Fe作用生成析出态FeB(密度为7.15g/cm3),由于FeB的密度大于铝液的密度，在铝液精炼、静置处理过程中，这些硼化物慢慢沉降于炉底，使铝导体中含Fe量降低，电阻率减少。
[0009]因此，合理调整稀土和硼化剂的配比，研究开发出一种用于铝熔体净化的B-RE精炼剂，优化其使用方法，简化工艺操作，在不降低铝合金力学性能的基础上，提高其导电导热率是实现铝合金精炼，提高铝合金冶金质量及导电导热性能的有效措施。迄今为止，尚未有应用于铝及铝合金熔体净化的B-RE精炼剂的相关专利报道。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是克服了现有技术的不足，提供了一种净化铝合金熔体，提高其导电导热率的B-RE精炼剂及使用方法，以实现对铝合金的精炼，提高熔炼效率；不仅能有效改善铝合金的组织和性能、显著提高合金的塑性和电导率，而且简化熔炼工艺，提高精炼剂利用率，降低生产成本。
[0011]本发明的目的是通过以下方式实现的:
一种B-RE精炼剂，它是由硼化剂和稀土组分所组成。其中，硼化剂占B-RE精炼剂总质量的70-90%，其余为稀土组分。所述的硼化剂为市场购置的粉剂，其型号为CT-PH-1 ;所述的稀土组分为市场购置的富铈(含44%-46%)混合稀土碎块。
[0012]以上所述B-RE精炼剂的使用方法是:当铝合金熔体温度达700_730°C时，将占铝合金熔体质量为0.3%-0.8%的B-RE精炼剂加入熔炼炉中，搅拌均匀，静置3-5min后出炉；当加入B-RE精炼剂的铝合金熔体流经流槽时，再加入Al-T1-B中间合金作为晶粒细化剂，加入量为占铝合金熔体质量的0.1%-0.3%，并按常规铸造工艺铸造。
[0013]本发明的有益效果在于:1、由于硼化剂能与铝中影响导电性的有害杂质V、Cr、Mn等杂质元素作用生成VB2、CrB2, MnB2化合物，并以难熔熔渣形态从铝液中析出它们的密度远大于铝液进而沉降到坩埚底部而被去除，降低电阻率，提高产品的导电率，此外，微量的硼化剂可明显细化铸锭晶粒，提高产品的强度及延伸率。2、由于稀土具有优良的除气、除杂作用，微量的稀土加入可改善金属的晶体组织结构，从而提高铝合金的综合力学性能。稀土在铝及铝合金中的作用主要表现在:(I)净化作用，稀土与氢有较大的亲和力，能大量吸附和溶解氢，稀土与氢生成的化合物熔点较高，不会聚集形成气泡，使铝的含氢量和针孔率明显降低；稀土与氮生成难溶化合物，在熔炼过程中，大部分以渣的形式排除；稀土极易与硫、磷、锑、砷等元素化合，生成化合物的熔点较高、密度小，易于上浮成渣；稀土可与Fe等原固溶在铝中的有害杂质形成稳定的金属间化合物(如FeRe3)在晶界析出，从而降低了杂质元素在基体中的固溶量。(2)合金化作用，稀土在铝合金中主要以3种形式存在:固溶在基体中，偏聚在相界、晶界和枝晶界，固溶在化合物中或以化合物形式存在。当稀土含量较低时，主要以前两种形式分布。固溶在基体中的稀土起到了有限固溶强化的作用，偏聚在相界、晶界和枝晶界处的稀土则增加了变形阻力，促进位错增殖，使强度提高，稀土沿枝晶和晶界分布，形成连续和不连续的网膜，提高了铝合金晶界强度和抗蠕变能力。微量的稀土加入可以改善铝合金的组织结构，提高其导电导热性能，但随着稀土加入量的增加，会导致部分稀土固溶于铝合金中，增加自由电子通过的难度，使其导电率降低，因此要控制稀土的加入量。3、从提高铝合金综合性能的角度来分析各元素的作用，既要考虑导电性能，又要考虑力学性能。因此，本发明中利用RE和B对铝合金产生的不同作用:一方面少量的RE在不牺牲导电性的基础上，提高铝合金的力学性能和加工性能；另一方面微量B可以改善铝合金的导电性能，将两者合理搭配加入铝合金中，起到精炼作用，既不损失合金的综合力学性能，又能提高合金的电导率。
[0014]所述B-RE精炼剂的技术性能指标:
①本发明的B-RE精炼剂中硼化剂含量达70-90%，其余为稀土，成本低廉；
②本发明的B-RE精炼剂应用于铝合金熔体中时，加入量仅为熔体质量的0.3%-0.8% ；
③本发明的B-RE精炼剂应用于铝合金的熔炼，能改善铝合金的综合力学性能，显著提高合金的导电导热率，在保证铝合金强度指标的基础上，使其伸长率提高11-17%，导电率提闻3_4%。
[0015]本发明涉及的B-RE精炼剂的主要优点及应用时产生的积极效果还表现在:①精炼能力强，对提高铝合金产品质量作用明显，使用本发明的精炼剂对铝及铝合金熔体净化后，能使合金中的含气量降低，非金属夹杂物明显减少；②本发明的B-RE精炼剂简化了导电铝合金的熔炼工艺，在不降低合金的力学性能的基础上，显著提高其导电率；③本发明的B-RE精炼剂稀土含量低，熔炼时用量少，有效地节约了成本。
【具体实施方式】
[0016]以下通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。
[0017]本发明所述的一种B-RE精炼剂，它是由硼化剂和稀土组分所组成。其中，硼化剂占B-RE精炼剂总质量的70-90%，其余为稀土组分。所述的硼化剂为市场购置的粉剂，其型号为CT-PH-1 ;所述的稀土组分为市场购置的富铈混合稀土碎块。
[0018]本发明中所述的富铈混合稀土碎块中铈(Ce)的含量为44%_46%。
[0019]以上所述B-RE精炼剂的使用方法是:当铝合金熔体温度达700_730°C时，将占铝合金熔体质量为0.3%-0.8%的B-RE精炼剂加入熔炼炉中，搅拌均匀，静置3-5min后出炉；当加入B-RE精炼剂的铝合金熔体流经流槽时，再加入Al-T1-B中间合金作为晶粒细化剂，加入量为占铝合金熔体质量的0.1%-0.3%，并按常规铸造工艺铸造。
[0020]对比实例1:
6063铝合金的熔炼过程中，不加入B-RE精炼剂，铝液流经流槽时加入Al-T1-B中间合金作为晶粒细化剂，加入量为铝合金熔体质量的0.2%，按常规铸造工艺铸造。经均匀化热处理后，将铸锭挤压成型材并采取在线风淬的方式淬火，得到的6063铝型材的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为€% 23SJMP;?,0., 2德JMPa, 5....1 L:9?,电导率为55.2%IACS。
[0021]对比实例2:
6101铝合金的熔炼过程中，不加入B-RE精炼`剂，铝液流经流槽时加入Al-T1-B中间合金作为晶粒细化剂，加入量为铝合金熔体质量的0.2%，按常规铸造工艺铸造。经均匀化热处理后，将铸锭挤压成型材并采取在线风淬的方式淬火，得到的6101铝型材的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为啦=miM+Pn.rr;,= 3+hi H A=IlS1V电导率为56.8%IACS。
[0022]实施实例1:
B-RE精炼剂在6063铝合金中的应用
将本发明的B-RE精炼剂应用于6063铝合金的熔炼，当铝合金熔体温度达700-730°C时将制备好的B-RE精炼剂加入熔炼炉中，加入量为铝合金熔体质量的0.4%，铝液流经流槽时加入Al-T1-B中间合金作为晶粒细化剂，加入量为铝合金熔体质量的0.2%，按常规铸造工艺铸造；经均匀化热处理后，将铸锭挤压成型材并采取在线风淬的方式淬火，得到的6063铝型材的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别达到V-2.40.!MPa.σ:ι-195，MPa, S-12，。，电导率为57.1%IACS。
[0023]实施实例2
B-RE精炼剂在6063铝合金中的应用
将本发明的B-RE精炼剂应用于6063铝合金的熔炼，当铝合金熔体温度达700-730°C时将预先制备好的B-RE精炼剂加入熔炼炉中，加入量为铝合金熔体质量的6.7%，搅拌均匀，铝液流经流槽时加入A1-T 1-B中间合金作为晶粒细化剂，加入量为铝合金熔体质量的0.2%，按常规铸造工艺铸造；经均匀化热处理后，将铸锭挤压成型材并采取在线风淬的方式淬火，得到的6063铝型材的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别达到ob=242^MPa.c:;=212JMPa, 6=!3J%,电导率为 57.3%IACS。
[0024]实施实例3
B-RE精炼剂在6101铝合金中的应用
将本发明的B-RE精炼剂应用于6101铝合金的熔炼，当铝合金熔体温度达700-730°C时将预先制备好的B-RE精炼剂加入熔炼炉中，加入量为铝合金熔体质量的6.5%，搅拌均匀，铝液流经流槽时加入A1-T 1-B中间合金作为晶粒细化剂，加入量为铝合金熔体质量的0.2%，按常规铸造工艺铸造；经均匀化热处理后，将铸锭挤压成型材并采取在线风淬的方式淬火，得到的6101铝型材的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别达到“ σ,= 2lH <>ΜΡλ..>=!4,V,?,电导率为 58.9%IACS。
[0025]实施实例4
B-RE精炼剂在6101铝合金中的应用
将本发明的B-RE精炼剂应用于6063铝合金的熔炼，当铝合金熔体温度达700-730°C时将预先制备好的B-RE精炼剂加入熔炼炉中，加入量为铝合金熔体质量的0.8%，搅拌均匀，铝液流经流槽时加入A1-T 1-B中间合金作为晶粒细化剂，加入量为铝合金熔体质量的0.2%，按常规铸造工艺铸造；经均匀化热处理后，将铸锭挤压成型材并采取在线风淬的方式淬火，得到的6101铝型材的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别达到Cl,=.5!** SKIP；!.C1= 11-?9 'AIPn.d:-1U,电导率为 59.1%IACS。
[0026]实施实例1、实施实例2、实施实例3和实施实例4的力学性能和导电性能都较为理想，铝合金熔炼过程中使用B-RE精炼剂，能较大程度地提高合金的塑性及电导率，与对比实例I相比，添加B-RE精炼剂的6063铝合金伸长率提高了 13.4-17.0%，电导率提高了
3.4-3.8% ;与对比实例2相比，添加B-RE精炼剂的6101铝合金伸长率提高了 11.0-11.7%，电导率提高了 3.7-4.1%。
[0027]本发明提供了一种B-RE精炼剂及其使用方法。上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的 保护范围。
【权利要求】
1.一种B-RE精炼剂，其特征在于:它是由硼化剂和稀土组分所组成；其中，硼化剂占B-RE精炼剂总质量的70-90%，其余为稀土组分；所述的硼化剂为市场购置的粉剂，其型号为CT-PH-1 ;所述的稀土组分为市场购置的富铈混合稀土碎块。
2.根据权利要求1所述的精炼剂，其特征在于:所述的富铈混合稀土碎块中铈的含量为 44%-46%。
3.根据权利要求1所述的精炼剂的使用方法，其特征在于:当铝合金熔体温度达.700-730°C时，将占铝合金熔体质量为0.3%-0.8%的B-RE精炼剂加入熔炼炉中，搅拌均匀，静置3-5min后出炉；当加入B-RE精炼剂的铝合金熔体流经流槽时，再加入Al-T1-B中间合金作为晶粒细化剂，加入量占铝合金熔体质量的0.1%-0.3%，并按常规铸造工艺铸造。
【文档编号】C22C1/06GK103555983SQ201310509458
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】黄铁明, 张建雷, 徐汉新 申请人:福建省祥鑫铝业集团有限公司