一种铝钨中间合金及其生产方法与流程

本发明属于中间合金领域，涉及铝钨中间合金，尤其是一种铝钨中间合金及其生产方法。

背景技术：

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。

含钨铝合金是国内新开发的一种特种高强铝合金新型结构材料，其兼备了钨的耐高温性、热膨胀系数低和铝的轻质、抗氧化性及良好的加工性等优点，是很有发展前景的特种合金材料，有望成为新一代合金装甲材料和航空航天发动机结构材料。

因钨是难熔金属，其熔点为3380℃，而铝熔点为660℃，不能形成共熔，所以不能直接添加至合金中，导致含钨铝合金只能通过其他手段制备。目前，含钨铝合金构件产品，只能先通过机械合金化合成al-w的超固溶体合金粉末，然后采用粉末冶金工艺或粉末压制工艺来制造加工。但这两种工艺都存在明显的缺点：通过粉末冶金烧结而成的产品内部总是有孔隙,密度达不到产品的性能要求；而通过粉末压制的方式又难以成形零件比较复杂的产品，所以这两种方法难以在工业生产中得到具体应用，因此需要开发一种低熔点的含钨铝中间合金。

铝钨中间合金是由铝元素、钨元素组成的二元中间合金，主要用于铝合金中钨元素的的添加，其具有加入温度低，钨元素含量稳定等优点，这是未来铝合金新材料及高性能部件发展基础性材料。

专利cn1243842c公开了一种铝钨系中间合金及其制备方法，按重量百分比计，其成分为：10～75钨、0～75铌、0～75钼、0～20钛、铝余量。制备可以采用炉外点火冶炼法：原料烘干温度70～80℃，采用镁屑点火方式冶炼，配料时以氯酸钾kclo3为催化剂，加入量为原料总重量的3.3％或6％，配料时加入配料渣子，加入量为原料总重量的5-15％。常规步骤，经烘干、砌炉、按所述配比取wo31kg，nb2o51.010kg，al0.88kg，caf20.5kg配料(其中caf2为造渣剂)、均匀混料、装炉、冶炼、冷却、启炉、称重、精整、破碎、磁选、包装；亦可采用中频炉熔化法：按所述配比配料时加入防氧化剂和助熔剂，防氧化剂加入量为原料总重量的3～10％，助熔剂加入量为原料总重量的3～10％；控制温度在3000～3600℃。步骤为：取w28kg，nb26kg，al46％，w2o35kg，kclo33kg，配料、混料、装炉、升温、控制温度在3000～3600℃，至熔化完全，将熔化的合金倒入模具中自然冷却至室温，启锭，打去表面的氧化膜，破碎、磁选、包装。

上述专利中两种生产方法均为铝热还原法生产铝钨系中间合金，为钛合金使用，其熔点高，在铝钨合金熔炼过程中不能正常熔化使用；含其它如铌、钼、钛等元素，对铝合金来说可能是杂质元素，影响产品的质量。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种铝合金用铝钨中间合金。

本发明的另一目的是提供该中间合金的生产方法，利用该方法和工艺能有效控制合金中钨元素的均匀性、纯净度。该合金使用方法简单、无污染、添加调整方便，在较短的时间内达到最佳的使用效果，有利于产品的质量控制，满足性能优异铝合金特别是航空航天、军工用等特种铝合金材料生产需要。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种铝钨中间合金的制备方法，其按以下步骤进行：

步骤a，配制铝原料；

根据所需制备的目标al-w中间合金成分来选取铝料；所述的铝料为纯度为99.7％-99.95％的工业纯铝或高纯铝锭。

步骤b，配制钨原料；

根据所需制得的目标al-w中间合金成分来选取钨料；所述的钨料可以是钨块、钨棒或钨丝的一种或几种组合，将钨棒、钨块或钨丝中的一种或几种与助熔剂进行混合处理。

步骤c，熔炼制铝液；

将步骤a配制的铝料加入电炉熔化成铝液，在铝液温度达到700-800℃条件下，加入精炼剂，制得精制铝液。

步骤d，在700-1300℃时，将步骤b配制的钨料分批加入步骤c制得的精制铝液中。

步骤e，保持精制铝液温度为700-1300℃，

步骤f，在上述铝熔体中施加交变磁场，利用电磁感应涡流效应，促使金属钨在低温铝液中快速充分熔化。交变磁场施加时间为30-60分钟，交变磁场频率为200-2500hz。

步骤g，保持铝钨合金液温度为700-1300℃，均匀化5-10分钟制得成分均匀的铝钨合金液。

步骤h，将步骤g制得的铝钨合金液在700-1300℃下，浇铸制备al-w中间合金。

本发明的优点和有益效果：

(1)本发明通过使用的助熔剂、增加磁场促使金属钨可以在低温铝液中快速熔解，实现了在低温下熔炼al-w中间合金的目的。助熔剂氟铝酸钾：浸蚀金属表面，加快软化、熔解。氟硅酸钾：增强助熔剂与金属粘结性，加强助熔效果。

氯化钠、氟化钠：降低助熔剂熔点，在低温环境下即可达到较好的助熔效果。此助熔剂特点是助熔剂与金属物质粘结性好，在金属表面保留时间长，因此可持续的达到较好的助熔效果。

(2)本发明铝钨中间合金熔点约为700-750℃，钨熔点约为3380℃，可见中间合金熔点远低于金属单质熔点，采用本发明制备铝钨中间合金，在铝合金的熔炼过程中将钨元素以中间合金的方式加入，使铝合金的熔炼过程稳定，生产的铝钨合金锭也不易出现偏析、钨夹渣等缺陷。

(3)本发明铝钨中间合金，在700-750℃左右铝液中即可快速熔化，使铝钨合金熔炼时间大大缩短，降低了熔炼温度。

(4)本发明过程简单，无需特殊设备，成本低，铸锭成型好。

附图说明

图1为本发明利用电炉制备al-w中间合金的流程图。

图2为实施例1制得al-w2.5中间合金显微组织图。

图3为实施例1制得al-w2.5中间合金外观图。

具体实施方式

实施例1：alw2.5中间合金

步骤a，配制铝原料；

根据所需制备的目标al-w中间合金成分来选取铝料；所述的铝料为纯度为99.7％的工业纯铝；

步骤b，配制钨原料；

根据所需制得的目标al-w中间合金成分来选取钨料；所述的钨料可以是钨丝，将钨丝与助熔剂进行混合处理；所述的助熔剂组分及质量百分含量为：

氟铝酸钾：50％

氟硅酸钾：30％

氯化钠：10％

氟化钠：10％

所述的钨丝与助熔剂的重量比是：3:97。

将助熔剂进行混合，然后将钨丝与助熔剂进行混合。钨丝的直径为3～4mm，助熔剂研磨成20目的粉末。

步骤c，熔炼制铝液；

将步骤a配制的铝料加入电炉熔化成铝液，在铝液温度达到700-800℃条件下，加入精炼剂，制得精制铝液；

步骤d，在900±5℃时，将步骤b配制的钨料分批加入步骤c制得的精制铝液中；

步骤e，保持精制铝液温度为900±5℃。

步骤f，在上述铝熔体中施加交变磁场，交变磁场施加时间为30分钟，交变磁场频率为1000hz

步骤g，保持铝钨合金液温度为900±5℃，均匀化5分钟制得成分均匀的铝钨合金液；

步骤h，将步骤g制得的铝钨合金液在900±5℃下，浇铸制备alw2.5中间合金。

将实施例1制得的铝钨中间合金标记为alw2.5,其检测结果如下：

注：杂质中单个元素为v，ti，mn，cr。

经实例1的制备方法制得的al-w2.5中间合金，在浇铸的前期、中期、后期取样分析，其中钨元素的质量百分比为：浇铸前期钨2.45％，浇铸中期钨2.56％，浇铸后期钨2.75％，偏析度较小(2.45％-2.75％)。

经实施例1的制备方法制得的al-w2.5中间合金，其显微组织如图2所示，合金中中第二相分布弥散、大致均匀。

经实施例1的制备方法制得的al-w2.5中间合金，其外观如图3所示，铸锭为银白色，成型较好。

实施例2：alw10中间合金

步骤a，配制铝原料；

根据所需制备的目标al-w中间合金成分来选取铝料；所述的铝料为纯度为99.7％的工业纯铝；

步骤b，配制钨原料；

根据所需制得的目标al-w中间合金成分来选取钨料；所述的钨料可以是钨丝，将钨丝与助熔剂进行混合处理；所述的助熔剂组分及质量百分含量为：

氟铝酸钾：50％

氟硅酸钾：30％

氯化钠：10％

氟化钠：10％

所述的钨丝与助熔剂的重量比是：5:95。将助熔剂进行混合，然后将钨丝与助熔剂进行混合。钨丝的直径为3～4mm，助熔剂研磨成20目的粉末。

步骤c，熔炼制铝液；

将步骤a配制的铝料加入电炉熔化成铝液，在铝液温度达到700-800℃条件下，加入精炼剂，制得精制铝液；

步骤d，在1300±5℃时，将步骤b配制的钨料分批加入步骤c制得的精制铝液中；

步骤e，保持精制铝液温度为1300±5℃。

步骤f，在上述铝熔体中施加交变磁场。交变磁场施加时间为60分钟。交变磁场频率为2500hz。

步骤g，保持铝钨合金液温度为1300±5℃，均匀化10分钟制得成分均匀的铝钨合金液；

步骤h，将步骤g制得的铝钨合金液在1100±℃下，浇铸制备alw10中间合金。

将实施例2制得的铝钨中间合金标记为alw10,其检测结果如下：

经实例2的制备方法制得的alw10中间合金，在浇铸的前期、中期、后期取样分析，其中钨元素的质量百分比为：浇铸前期钨9.86％，浇铸中期钨10.02％，浇铸后期钨10.33％，偏析度较小(9.86％-10.33％)。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。