一种铝材表面自形成致密膜的制备方法与流程

本发明涉及铝合金材料领域，更具体地说，涉及一种铝材表面自形成致密膜的制备方法。

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。工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。目前铝合金是应用最多的合金。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢，一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。

现有的铝合金材料在制备过程中，一般是将含铝的原材料负载于多孔支撑体表面，从而得到负载型的膜材料，得到的膜材料可以分为多孔膜和致密膜两大类，其中多孔膜包括聚合物多孔膜和微孔二氧化硅膜等，致密膜主要有复合膜和高温透氧膜等，在致密膜的形成过程中，致密无缺陷的功能材料是实现高效膜分离过程的关键，由于铝在熔液表面瞬时形成非常稳定的氧化物，氧化的速度随着温度的升高和某些合金元素(如镁和铍)的存在而增加，而如果铝熔液表面没有受到干扰，那么在其表面形成的氧化物膜是自我限制的，任何紊流都会将氧化物膜搅和到大部分的熔液中，并产生新鲜的表面以有利于更多的氧化物形成，这种混合生成的致密膜对铝合金材料的性能造成不利影响，需要通过后期加工去除，然而，在合金冶炼、熔化金属的转运或浇注和铸型注满的过程中都会引起紊流，导致铝合金材料的表面力学性能不均匀，从而造成后续对铝合金材料的加工，需要增加分离氧化膜及表层加工工序，这样既造成了铝合金质量的降低，又导致了铝合金材料制备过程中的工序复杂化，降低了铝合金材料的生产效率，同时铝合金材质较软，固有的机械强度较低，这一特性限制了铝合金材质的使用范围，阻碍了它在工业领域的应用范围。

技术实现要素：

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铝材表面自形成致密膜的制备方法，它可以实现对铝合金的制备过程进行改进，改变铝合金材料的表层结构，便于铝合金材料在后续使用过程中形成致密膜，提高生产出的铝合金质量，简化铝合金材料制备过程中的工序，提高铝合金材料的生产效率，同时扩展了生产出的铝合金材料的使用范围，使其在工业领域的应用范围更广，同时在生产过程中，通过复流导气管和相对的弧形平吹管，可以从外侧向中部均匀的吹出的气流，从而有效保持熔料冶炼炉气流的稳定性，有效避免紊流的出现，进而增强铝合金材料的表面力学性能的均匀性，有效提高后期铝合金材料的质量和使用寿命。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种铝材表面自形成致密膜的制备方法，其制备过程包括以下步骤：

步骤一、合金原料配料，将合金制备所需的原料按比例准备，所需的原料包括铝、硅、铜、镁、锌、铁、锰、镍、钛；

步骤二、装炉熔炼，向炉内撒入粉状熔剂，将合金原料依序加入到熔料冶炼炉内，逐渐升高熔料冶炼炉的加热温度，使合金原料在熔料冶炼炉内逐渐熔化混合；

步骤三、铝液搅拌扒渣，当不同成分的金属原料在熔料冶炼炉内熔化混合后，使用搅拌工具，对熔料冶炼炉内的金属熔液进行搅拌，搅拌过程中将合金熔渣与金属熔液分离，分离后的合金熔渣夹出；

步骤四、化工材料混合，向混合后的金属熔液内添加化工材料，再次使用搅拌工具对金属熔液进行搅拌，使化工材料溶解于高温的金属熔液内；

步骤五、合金精炼，对熔料冶炼炉内的金属熔液进行持续加热，并添加覆盖剂和精炼剂；

步骤六、细化晶粒混合，向熔融状态下的铝液内添加晶粒细化剂，使晶粒细化剂与高温铝液混合，可以实现对铝合金的制备过程进行改进，改变铝合金材料的表层结构，便于铝合金材料在后续使用过程中形成致密膜，提高生产出的铝合金质量，简化铝合金材料制备过程中的工序，提高铝合金材料的生产效率，同时扩展了生产出的铝合金材料的使用范围，使其在工业领域的应用范围更广。

进一步的，所述熔料冶炼炉下端固定连接有混料均流炉体，所述混料均流炉体左侧开凿有熔渣出料口，所述熔渣出料口中间设有熔渣阻隔板，所述熔渣阻隔板与混料均流炉体滑动连接，通过在混料均流炉体上增设的熔渣阻隔板，便于将热源格栅网上的熔炼残渣排出，所述混料均流炉体下端固定连接有两个稳定支架，两个所述稳定支架之间设有铝液合金储料层，所述铝液合金储料层上端与混料均流炉体固定连接，所述混料均流炉体上端开凿有金属原料填料口和助剂填料口，所述金属原料填料口和助剂填料口分别位于熔料冶炼炉的左右两侧，所述熔料冶炼炉内设有热烟集气罩，所述热烟集气罩后端与熔料冶炼炉内壁固定连接，所述混料均流炉体中间设有热源格栅网，所述热源格栅网左右两端与混料均流炉体内壁固定连接，所述热源格栅网上侧设有热烟集气罩，所述热烟集气罩与熔料冶炼炉内壁固定连接，所述热源格栅网和热烟集气罩之间设有热气阻隔板，通过在熔料冶炼炉内对合金原料进行熔炼混合，便于简化铝合金材料制备过程中的工序。

进一步的，所述热烟集气罩上端固定连接有热气分流导管，所述热烟集气罩下端固定连接有金属熔渣集尘网，所述热气分流导管上端固定连接有两个复流导气管，所述复流导气管通过热气分流导管与热烟集气罩相连通，所述复流导气管远离热烟集气罩一端固定连接有弧形平吹管，所述复流导气管中间段与熔料冶炼炉内壁贴合，所述复流导气管上套接有侧边卡扣，所述侧边卡扣与熔料冶炼炉内壁固定连接，通过在热烟集气罩上增设的复流导气管,和弧形平吹管，便于减小合金冶炼、熔化金属过程中的紊流，增强铝合金材料的表面力学性能的均匀。

进一步的，所述复流导气管远离热烟集气罩一端固定连接有弧形平吹管，两个所述弧形平吹管的出口端相对，且二者的出口端保持与水平线平行，通过相对的弧形平吹管，可以从外侧向中部均匀的吹出的气流，从而有效保持熔料冶炼炉气流的稳定性，有效避免紊流的出现。

进一步的，所述热烟集气罩罩口边缘处固定连接有内凸网板，所述内凸网板包括位于中部的弧形顶板和位于弧形顶板外的外缘网板，所述外缘网板和弧形顶板固定连接，所述外缘网板和弧形顶板均为网状结构，有效保证热烟集气罩内外气体的连通性，且外缘网板的网孔直径大于弧形顶板的网孔直径，通过网孔较小的弧形顶板，可以对金属熔渣集尘网起到支撑作用，使其在收集较多的金属熔渣后，其底部能够产生一个支撑力，进而有效避免金属熔渣集尘网因底部受力过大而造成的损坏。

进一步的，所述粉状熔剂添加至熔料冶炼炉内后，使用熔剂均层刷使粉状熔剂在熔料冶炼炉底部均匀分布，在每次添加完不同成分的合金原料后，分层撒粉状熔剂。金属外层表面所覆盖的氧化膜破裂，气体在此时容易混入，造成内部金属的进一步氧化，并且已溶化的液滴火也流要向炉底流动，当液滴进入底部汇集起来后，其表面的氧化膜混入熔体中，在炉料软化下塌时，适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖，减少熔化过程中金属吸气，提高炉体的纯洁度，减少烧损。

进一步的，所述步骤五合金精炼过程中，所述覆盖剂主要成分包括37-42%的氯化钠、45-55%的氯化钾、4-6%的六氟化钙和6-8%的六氟铝酸钠，所述精炼剂主要成分包括45-50%的氯化钾、25-35%的氯化钠和20-25%的六氟铝酸钠。

进一步的，所述步骤四化工材料混合过程中，在向混合后的金属熔液内添加化工材料时，同时将铁铬硅纤维作为强化材料，所述铁铬硅纤维中含有百分之二十的铬和百分之五的硅。通过在混合后的金属溶液内添加铁铬硅纤维，便于通过这种金属纤维提升铝合金液的湿润性，同时由熔液萃取法生产的微细晶粒，提升制成的铝合金材料的强度特性，具体来说，在室温下，使制备的铝合金材料的抗拉强度分别达到九百五十兆帕，相较于传统的铝合金材料其延伸率提升百分之十五。

进一步的，所述熔料冶炼炉上端开凿有透流输气孔，所述透流输气孔上卡接有防爆安全塞，所述防爆安全塞与透流输气孔相匹配，通过在熔料冶炼炉上增设的透流输气孔和防爆安全塞，便于在熔料冶炼炉内部热量过高，造成的气压过高情况下，气压推动防爆安全塞自透流输气孔内弹出，减少熔炼安全事故的发生。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）可以实现对铝合金的制备过程进行改进，改变铝合金材料的表层结构，便于铝合金材料在后续使用过程中形成致密膜，提高生产出的铝合金质量，简化铝合金材料制备过程中的工序，提高铝合金材料的生产效率，同时扩展了生产出的铝合金材料的使用范围，使其在工业领域的应用范围更广，同时在生产过程中，通过复流导气管和相对的弧形平吹管，可以从外侧向中部均匀的吹出的气流，从而有效保持熔料冶炼炉气流的稳定性，有效避免紊流的出现，进而增强铝合金材料的表面力学性能的均匀性，有效提高后期铝合金材料的质量和使用寿命。

（2）热烟集气罩后端与熔料冶炼炉内壁固定连接，混料均流炉体左侧开凿有熔渣出料口，熔渣出料口中间设有熔渣阻隔板，熔渣阻隔板与混料均流炉体滑动连接，通过在混料均流炉体上增设的熔渣阻隔板，便于将热源格栅网上的熔炼残渣排出，混料均流炉体中间设有热源格栅网，热源格栅网左右两端与混料均流炉体内壁固定连接，热源格栅网上侧设有热烟集气罩，热烟集气罩与熔料冶炼炉内壁固定连接，热源格栅网和热烟集气罩之间设有热气阻隔板，通过在熔料冶炼炉内对合金原料进行熔炼混合，便于简化铝合金材料制备过程中的工序。

（3）热烟集气罩上端固定连接有热气分流导管，热烟集气罩下端固定连接有金属熔渣集尘网，热气分流导管上端固定连接有两个复流导气管，复流导气管通过热气分流导管与热烟集气罩相连通，复流导气管远离热烟集气罩一端固定连接有弧形平吹管，复流导气管中间段与熔料冶炼炉内壁贴合，复流导气管上套接有侧边卡扣，侧边卡扣与熔料冶炼炉内壁固定连接，通过在热烟集气罩上增设的复流导气管,和弧形平吹管，便于减小合金冶炼、熔化金属过程中的紊流，增强铝合金材料的表面力学性能的均匀。

（4）复流导气管远离热烟集气罩一端固定连接有弧形平吹管，两个弧形平吹管的出口端相对，且二者的出口端保持与水平线平行，通过相对的弧形平吹管，可以从外侧向中部均匀的吹出的气流，从而有效保持熔料冶炼炉气流的稳定性，有效避免紊流的出现。

（5）热烟集气罩罩口边缘处固定连接有内凸网板，内凸网板包括位于中部的弧形顶板和位于弧形顶板外的外缘网板，外缘网板和弧形顶板固定连接，外缘网板和弧形顶板均为网状结构，有效保证热烟集气罩内外气体的连通性，且外缘网板的网孔直径大于弧形顶板的网孔直径，通过网孔较小的弧形顶板，可以对金属熔渣集尘网起到支撑作用，使其在收集较多的金属熔渣后，其底部能够产生一个支撑力，进而有效避免金属熔渣集尘网因底部受力过大而造成的损坏。

（6）粉状熔剂添加至熔料冶炼炉内后，使用熔剂均层刷使粉状熔剂在熔料冶炼炉底部均匀分布，在每次添加完不同成分的合金原料后，分层撒粉状熔剂。金属外层表面所覆盖的氧化膜破裂，气体在此时容易混入，造成内部金属的进一步氧化，并且已溶化的液滴火也流要向炉底流动，当液滴进入底部汇集起来后，其表面的氧化膜混入熔体中，在炉料软化下塌时，适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖，减少熔化过程中金属吸气，提高炉体的纯洁度，减少烧损。

（7）步骤四化工材料混合过程中，在向混合后的金属熔液内添加化工材料时，同时将铁铬硅纤维作为强化材料，铁铬硅纤维中含有百分之二十的铬和百分之五的硅。通过在混合后的金属溶液内添加铁铬硅纤维，便于通过这种金属纤维提升铝合金液的湿润性，同时由熔液萃取法生产的微细晶粒，提升制成的铝合金材料的强度特性，具体来说，在室温下，使制备的铝合金材料的抗拉强度分别达到九百五十兆帕，相较于传统的铝合金材料其延伸率提升百分之十五。

（8）熔料冶炼炉上端开凿有透流输气孔，透流输气孔上卡接有防爆安全塞，防爆安全塞与透流输气孔相匹配，通过在熔料冶炼炉上增设的透流输气孔和防爆安全塞，便于在熔料冶炼炉内部热量过高，造成的气压过高情况下，气压推动防爆安全塞自透流输气孔内弹出，减少熔炼安全事故的发生。

附图说明

图1为本发明主要的工艺流程图；

图2为本发明熔料冶炼炉部分的结构示意图；

图3为图2中a处的结构示意图；

图4为本发明的热烟集气罩处的结构示意图；

图5为本发明的弧形顶板的结构示意图。

图中标号说明：

1熔料冶炼炉、2混料均流炉体、3铝液合金储料层、4稳定支架、5金属原料填料口、6助剂填料口、7熔渣阻隔板、8热源格栅网、9热气阻隔板、10热烟集气罩、11热气分流导管、12复流导气管、13金属熔渣集尘网、14透流疏气孔、15防爆安全塞、16内凸网板、161外缘网板、162弧形顶板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1，一种铝材表面自形成致密膜的制备方法，其制备过程包括以下步骤：

步骤一、合金原料配料，将合金制备所需的原料按比例准备，所需的原料包括铝、硅、铜、镁、锌、铁、锰、镍、钛；

步骤二、装炉熔炼，向炉内撒入粉状熔剂，将合金原料依序加入到熔料冶炼炉1内，逐渐升高熔料冶炼炉1的加热温度，使合金原料在熔料冶炼炉1内逐渐熔化混合；

步骤三、铝液搅拌扒渣，当不同成分的金属原料在熔料冶炼炉1内熔化混合后，使用搅拌工具，对熔料冶炼炉1内的金属熔液进行搅拌，搅拌过程中将合金熔渣与金属熔液分离，分离后的合金熔渣夹出；

步骤四、化工材料混合，向混合后的金属熔液内添加化工材料，再次使用搅拌工具对金属熔液进行搅拌，使化工材料溶解于高温的金属熔液内；

步骤五、合金精炼，对熔料冶炼炉1内的金属熔液进行持续加热，并添加覆盖剂和精炼剂；

步骤六、细化晶粒混合，向熔融状态下的铝液内添加晶粒细化剂，使晶粒细化剂与高温铝液混合，可以实现对铝合金的制备过程进行改进，改变铝合金材料的表层结构，便于铝合金材料在后续使用过程中形成致密膜，提高生产出的铝合金质量，简化铝合金材料制备过程中的工序，提高铝合金材料的生产效率，同时扩展了生产出的铝合金材料的使用范围，使其在工业领域的应用范围更广。

请参阅图2，熔料冶炼炉1下端固定连接有混料均流炉体2，混料均流炉体2下端固定连接有两个稳定支架4，两个稳定支架4之间设有铝液合金储料层3，铝液合金储料层3上端与混料均流炉体2固定连接，混料均流炉体2上端开凿有金属原料填料口5和助剂填料口6，金属原料填料口5和助剂填料口6分别位于熔料冶炼炉1的左右两侧，熔料冶炼炉1内设有热烟集气罩10，热烟集气罩10后端与熔料冶炼炉1内壁固定连接，混料均流炉体2中间设有热源格栅网8，热源格栅网8左右两端与混料均流炉体2内壁固定连接，热源格栅网8上侧设有热烟集气罩10，热烟集气罩10与熔料冶炼炉1内壁固定连接，热源格栅网8和热烟集气罩10之间设有热气阻隔板9，通过在熔料冶炼炉1内对合金原料进行熔炼混合，便于简化铝合金材料制备过程中的工序。

请参阅图3-4，热烟集气罩10上端固定连接有热气分流导管11，热烟集气罩10下端固定连接有金属熔渣集尘网13，热气分流导管11上端固定连接有两个复流导气管12，复流导气管12通过热气分流导管11与热烟集气罩10相连通，复流导气管12中间段与熔料冶炼炉1内壁贴合，复流导气管12上套接有侧边卡扣，侧边卡扣与熔料冶炼炉1内壁固定连接，通过在热烟集气罩10上增设的复流导气管12,和弧形平吹管，便于减小合金冶炼、熔化金属过程中的紊流，增强铝合金材料的表面力学性能的均匀。

混料均流炉体2左侧开凿有熔渣出料口，熔渣出料口中间设有熔渣阻隔板7，熔渣阻隔板7与混料均流炉体2滑动连接，通过在混料均流炉体2上增设的熔渣阻隔板7，便于将热源格栅网8上的熔炼残渣排出，复流导气管12远离热烟集气罩10一端固定连接有弧形平吹管，两个弧形平吹管的出口端相对，且二者的出口端保持与水平线平行，通过相对的弧形平吹管，可以从外侧向中部均匀的吹出的气流，从而有效保持熔料冶炼炉1气流的稳定性，有效避免紊流的出现。

请参阅图5，热烟集气罩10罩口边缘处固定连接有内凸网板16，内凸网板16包括位于中部的弧形顶板162和位于弧形顶板162外的外缘网板161，外缘网板161和弧形顶板162固定连接，外缘网板161和弧形顶板162均为网状结构，有效保证热烟集气罩10内外气体的连通性，且外缘网板161的网孔直径大于弧形顶板162的网孔直径，通过网孔较小的弧形顶板162，可以对金属熔渣集尘网13起到支撑作用，使其在收集较多的金属熔渣后，其底部能够产生一个支撑力，进而有效避免金属熔渣集尘网13因底部受力过大而造成的损坏。

步骤二装炉熔炼过程中，再将合金原料投入熔料冶炼炉1内前，向炉内撒入粉状熔剂，粉状熔剂的添加量为二十五千克，通过在炉内添加粉状熔剂，便于加快金属原料的熔化速度，减少烧损。

粉状熔剂添加至熔料冶炼炉1内后，使用熔剂均层刷使粉状熔剂在熔料冶炼炉1底部均匀分布，在每次添加完不同成分的合金原料后，分层撒粉状熔剂，金属外层表面所覆盖的氧化膜破裂，气体在此时容易混入，造成内部金属的进一步氧化，并且已溶化的液滴火也流要向炉底流动，当液滴进入底部汇集起来后，其表面的氧化膜混入熔体中，在炉料软化下塌时，适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖，减少熔化过程中金属吸气，提高炉体的纯洁度，减少烧损。

步骤五合金精炼过程中，覆盖剂主要成分包括39%的氯化钠、50%的氯化钾、4.6%的六氟化钙和6.6%的六氟铝酸钠，精炼剂主要成分包括47%的氯化钾、30%的氯化钠和23%的六氟铝酸钠。

步骤四化工材料混合过程中，在向混合后的金属熔液内添加化工材料时，同时将铁铬硅纤维作为强化材料，铁铬硅纤维中含有百分之二十的铬和百分之五的硅，通过在混合后的金属溶液内添加铁铬硅纤维，便于通过这种金属纤维提升铝合金液的湿润性，同时由熔液萃取法生产的微细晶粒，提升制成的铝合金材料的强度特性，具体来说，在室温下，使制备的铝合金材料的抗拉强度分别达到九百五十兆帕，相较于传统的铝合金材料其延伸率提升百分之十五。

熔料冶炼炉1上端开凿有透流输气孔14，透流输气孔14上卡接有防爆安全塞15，防爆安全塞15与透流输气孔14相匹配，通过在熔料冶炼炉1上增设的透流输气孔14和防爆安全塞15，便于在熔料冶炼炉1内部热量过高，造成的气压过高情况下，气压推动防爆安全塞15自透流输气孔14内弹出，减少熔炼安全事故的发生。

可以实现对铝合金的制备过程进行改进，改变铝合金材料的表层结构，便于铝合金材料在后续使用过程中形成致密膜，提高生产出的铝合金质量，简化铝合金材料制备过程中的工序，提高铝合金材料的生产效率，同时扩展了生产出的铝合金材料的使用范围，使其在工业领域的应用范围更广，同时在生产过程中，通过复流导气管和相对的弧形平吹管，可以从外侧向中部均匀的吹出的气流，从而有效保持熔料冶炼炉气流的稳定性，有效避免紊流的出现，进而增强铝合金材料的表面力学性能的均匀性，有效提高后期铝合金材料的质量和使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。