一种用于生产铝合金的细粉铁剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝合金的添加剂领域，具体涉及一种铝合金铁添加剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着铝加工及铝合金工业不断发展，铝合金的研制被列为重点发展的技术，合金 化是铝合金生产工艺流程中重要的一环。合金添加元素在熔融铝中的溶解是合金化的重要 过程。元素的溶解与其性质有密切关系，受添加元素固态结构结合力的破坏和原子在铝液 中的扩散速度控制。铝合金常用的合金元素有：娃、铁、铜、镁、镍、锌、f凡等。一些低恪点或 溶解度大的合金元素如镁、铜等可以直接加入铝熔体中，而大部分熔点高的合金元素如铁、 镍、锰等，由于与铝的熔点差距太大，无法直接进行添加，需要通过中间合金的方式进行加 入。这是因为如将铁、镍、锰等金属熔化，则熔炉温度必需达到l〇〇〇°C以上，而铝的熔点只 有660°C，如果在1000°C以上的温度下，则铝熔体会汽化，且熔炉内未汽化的铝液在如此高 温下极易与周围的氧气、氢气、水等发生化学反应，形成难以去除的杂质，生成的铝合金熔 体的合金含量与实际所需的合金含量偏差过大，从而导致合金机械性能无法满足要求，造 成资源浪费。
[0003] 为了避免上述不足，人们采用中间合金的方式降低合金元素熔融过程时所需的温 度。中间合金的生产工艺是这样的：首先将所炼制的合金中含量最大的、熔点较低的金属熔 化。然后将熔点较高的及含量较少的元素加入，溶解而制成合金。熔炼中间合金时，需要添 加少量熔剂保护，以免气体进入合金，还可去除部分杂质。熔化后要充分搅拌，使成分均匀 后铸锭。有些高质量的中间合金需要在真空中或保护气氛下熔炼和浇铸。评判铝合金的品 质好坏的主要标准是合金中是否含有杂质或者杂质含量的多少，理想的铝合金是没有杂质 的，因此杂质越少越好，因此对于铝合金所用的中间合金的品质要求极高，就需要在真空中 或保护气氛下熔炼烧铸，生产工艺条件要求高，生产成本高，而且效率大大降低。另外，由于 中间合金所含的合金元素含量较低，在称料计算时，所用的中间合金量就会较大，为了保证 熔融中间合金的温度，每次投放中间合金的量不能过多，加量过多会导致铝熔体温度降低， 无法熔解中间合金，所以生产同一型号的铝合金时，用中间合金进行合金化就需要采用多 次少量方式进行添加投放在铝熔体中，这样就会导致产生如下问题：1、熔化中间合金所需 的时间过长；2、铝熔体长时间与大气中的氧气、氢气、碳、水分等其他物质发生反应生成的 杂质量增多，导致铝合金的品质降低；3、熔化时间长会增加能耗，会增加铝熔体的烧损及吸 气。
[0004] 由于中间合金存在的上述不足，近年来人们想到利用助溶剂帮助合金元素在低温 即710°C左右熔融合金金属元素，人们称之为金属添加剂。根据不同的性能需求，通常于 铝液中添加、熔解不同成分及含量的合金元素，以得到不同型号和类别的铝合金。目前，合 金元素通常有铜、硅、镁、锌、锰、铁、铬等。实施时，铝合金熔铸的温度通常为71(TC左右， 对于低熔点或熔解度大的合金元素直接以单质金属粉末的形式加入铝液中即可熔解，但对 于锰、铁、铬等高熔点或熔解度小的合金元素，单质金属粉末便很难熔解于铝液中，如果将 铝液熔炉的温度升高到锰、铁、铬金属的温度，则熔炉中的铝液便会气化，因此解决的办法 是在铝不会气化的温度下，快速将锰、铁、铬等金属熔解，为了达到此目的，人们已经想到将 猛、铁、铬粉碎，并在粉末中添加助熔剂，并制成固定形状，即我们通常所说的锰剂、铁剂、铬 剂，当将锰剂、铁剂、铬剂投入到铝液熔炉中，助熔剂在铝液中迅速发生爆炸式反应，产生的 热量在一段时间内能够达到使锰、铁、铬等金属熔解的温度。但是，此种方式需要大量的助 恪剂才能实现，因此每块添加剂广品中，猛、铁、络的含量最尚只能达到85%左右，如果将添 加剂产品中的锰、铁、铬的含量提高到90%以上，则相应助熔剂的量则减少，在将产品加入 到铝液中后，添加剂中的锰、铁、铬不能完全熔解；另外，对于制作过程中锰、铁、铬等粉末的 粒度、含量配比等有特殊的要求。以铁为例，含铁量在85%的铁剂的铁粉的粒径分布为： 大于60目要求在5%以下，60-80目为30% -35%，80-100目为15% -20%，100-325目为 35 %-45%，小于325目要求在10 %以下；上述的粒度主要在60-325目之间，可见粒度分布 非常窄，通常在粉碎工艺中，粒度分布越窄，粉碎的工艺要求就越高，所以上述粒度分布的 铁粉对粉碎工艺的要求就非常高，加工的成本也非常高，例如在粉碎阶段，我们就需要85% 以上的铁粉的粒度不得大于60目，同时不得小于325目，但现有的粉碎工艺往往是不能如 此严格的粒度分布范围的，因此制作出的铁剂合格率通常低于60%。再者，由于现有的铁系 铝合金添加剂中的铁粉整体的平均粒度较大，加入铝液后，由于粒度较大的铁粉的比表面 积小，表面能也小，从而熔解较慢，而且要求铸熔温度较高，通常为7KTC左右。另外，为了避 免添加剂产品在运输过程中松散，通常要将添加剂产品压制成密度较高的饼状或球状，密 度通常大于5. Og/cm3,但是对于密度较高的添加剂产品，加入铝液后，一方面，熔解比较缓 慢，熔解时间通常为15_20min，熔解时间长；另一方面，加入铝熔体的添加剂容易沉底，一 旦沉底，会导致铁粉熔解速度减慢，而且会导致铁粉溶解后分散不均匀；再一方面，较密实 的添加剂产品在熔解过程中表面会形成致密的保护膜，从而导致内部无法继续熔解，这样 就会使回收率较低，最高仅能达到90 %左右。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种熔解时间短、铁回收率高的用于生产铝合金 的细粉铁剂。
[0006] 本发明的目的在于提供如下基础方案：一种用于生产铝合金的细粉铁剂，主要由 铁粉、铝粉、助熔剂压制而成的饼状或橄榄球状，所述铁粉、铝粉分别在惰性气体保护下破 碎，还包括表面活性剂，各组分的质量百分数分别为：铁粉90% -98%、铝粉0-9. 48%、助熔 剂0? 01% -5%、表面活性剂0? 5% -2%，其中，
[0007] a:铁粉的粒度分布范围为10-700目，其平均粒度为100-400目；
[0008] b:铝粉及铝的无机盐的粒度分布范围为40-500目，其平均粒度为80-350目。
[0009] 本发明技术方案具有以下优点：
[0010] 1、本发明中铁粉粒度分布为10-700目，且325-700目的铁粉占铁粉总含量的 35% -40%，100-325目的铁粉占铁粉总含量的40% -45%，铁粉粒度的分布范围非常大，压 制成形后，较大粒度的铁粉颗粒表面完全被较小粒度的铁粉包裹，将产品加入铝液中后，由 于较小粒度铁粉的比表面积更大，表面能大，所以升温较快，较小粒度铁粉在熔解的同时， 还将热量传递给较大粒度的铁粉颗粒，如此便能大大加快较大粒度的铁粉熔解，从而缩短 加入铝液的添加剂的熔解时间。
[0011] 2、由于本发明的铁粉的粒度分布范围较大，整体的平均粒度小，在相对较低的温 度下就能快速熔解，使用本发明添加剂产品时，铝熔体温度可以低至670°C，从而可以减少 铸熔时的燃料使用，节约能源；
[0012] 3、本方案的铁剂中铁粉的含量高，可达90-98%，在铝合金铸熔时，添加剂中其主 要作用的是铁粉，所以在铸熔等量铝合金时，本方案可以加入较少的量，达到相同的效果， 这样就能节省原料，而且助熔剂熔入铝液后是一种杂质，所以助熔剂越少，铸熔出