一种铝合金用的铝钪锆中间合金及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝合金用的铝钪锆中间合金及其生产方法，所述铝钪锆中间合金质量组成为：2wt%的Sc和1?2wt%的Zr，余量为Al。本发明的有益效果是，该铝钪锆中间合金可以代替铝钪中间合金，降低了生产成本，在铝合金中添加铝钪锆中间合金后，强化效果更好。
【专利说明】
一种铝合金用的铝钪锆中间合金及其生产方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铝合金用的铝钪锆中间合金及其生产方法，属于铝合金材料制造 领域。
【背景技术】
[0002] 铝合金铸造中为引入其他金属材料，常用的加入方式为中间合金，如A1-10RE，该 中间合金采用对掺法生产，产品中存在许多高熔点的化合物，使用过程中容易造成成分不 均匀。稀土在铝合金中的加入量0.2-0.6%，同样Zr在0.01-0.2%，Ti在0.005-0.1之间，过 多则有害。但稀土金属活泼，容易烧损，存在效果时有时无的问题，不稳定，其效果同加入方 式、工艺控制有极大的关系。
[0003] 众所周知，Sc是一种最好A1合金变质元素，在轻质高强度铝合金7075中，加入钪可 大幅度改善合金抗拉强度，焊接，耐蚀性能。由于钪的价格高，大量的使用导致成本上升。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是，降低铝合金制造工艺中钪的使用，寻找一种可以部分 代替钪的变质元素以形成中间合金。
[0005] 本发明的技术方案是，提供一种铝合金用的铝钪锆中间合金，所述铝钪锆中间合 金含2wt%的Sc和l-2wt%的Zr，余量为A1。
[0006] 进一步地，本发明提供一种所述铝钪锆中间合金的生产方法，包括以下步骤：
[0007] 将质量比为1: (0.1-0.3)的纯铝和复合变质剂放入炉中加热至熔化，然后在850-900°C下保温20-60分钟;倒出浮渣，金属液冷却得到铝钪锆中间合金；
[0008] 所述复合变质剂中各成分的质量组成为：l〇-17%Sc2〇3、5-15%Zr〇2、4-8%NaF、 25-36 % KC1、37-45 % NH4F、2-7 % CaCl2。
[0009] 进一步地，所述纯铝为纯度大于99.8 %的铝。
[0010]由于钪价格高，加入钪的同时，加入锆，用Zr替代部分Sc。研究发现在加入Sc的同 时，加入Zr其综合性能不低于单独加钪，同时可降低钪的加量，降低成本，有利于产业商业 化。研究表明锆替代钪30-50%，效果最好，过多的锆，会形成粗大的Al 3Zr相，降低锆效果。 在错合金材料中添加钪错的含量分别不超过0.3%，如果总元素含量超过元素添加上限，则 会形成粗大的初生Al 3(ScZr)相，降低了强化效果。在铝合金中加入钪锆，可形成Al3(ScZr) 粒子，该粒子成为形核质点，细化晶粒，并且抑制回复再结晶发生，强化合金。Al 3(ScZr)为 球壳结构，球核富钪，外层富锆，相比钪原子，锆原子具有更低的扩散系数，因此，Al3(ScZr) 粒子比Al 3Sc粒子更稳定。在AIZnMgCu高强度合金中，在高强轻量化的要求下，加入0.2%的 Sc、0.1%Zr即可将抗拉强度从500Mpa提升到700Mpa。再结晶升温T从400°C上升至550°C。材 料保持好的高温强度，铝替代钢成为可能。该合金材料在航空航天、高速列车、汽车等领域 得到广泛应用。这些材料合金都采用Sc且添加Zr，构成ScZr合金复合强化。加入AlScZr合金 与单独加入Al-2Sc和Al-10Zr相比，可减少成分的不均匀性，并有利于减少生产成本。本发 明生产的Al-2Sc-(l-2)Zr合金具有如下特点，
[0011] 由于采用（ScZr)2〇3混合物，从氧氯化锆生产的酸液提取的氧化钪，不用分离其中 的杂质锆，原料不需要高纯Sc 2〇3。而现有AISc生产采用高纯氧化钪，AlZr生产采用的是 K2ZrF6，存在价格高的缺陷。
[0012] 生产方法采用熔盐先预反应，做成复合添加剂，再通过铝还原（ScZr)F3,生产A1-2Sc-(l-2)Zr合金。ScZr在铝合金中的溶解度小，含量高时，容易造成偏聚，本发明由于采用 水冷模加速凝固，生成的Al 3(Sc+Zr)相细小、均匀。在铝合金中添加强化效果更好，克服了 其它未快速凝固生产Al-2Sc、Al-10Zr的产品晶粒粗大，锭子成分不均匀性、效果差异大缺 点。
[0013] 合金生产采用石墨坩埚、非真空炉，熔化温度T = 660~900°C，保温T = 850~900 °C，保温时间 0.5h，搅拌均匀，反应如下：ZrF4+4Al-Al3Zr+AlF3; ScF3+A1 -A12Sc3+A1F。还原 出来的Sc，Zr进入A1溶液中；倒出浮渣，水冷铁模铸锭，得到含A1 -2Sc- (1 -2) Zr的二元中间 合金。Sc、Zr的收率为90%。
[0014]采用复合变质剂与铝还原法生产，调整不同熔盐成分配比，改善（ScZr)2〇3在熔盐 中的溶解度，流动性，熔盐熔点，从而降低还原温度到850-900度，金属收率90%以上。
[0015] 本发明的有益效果是，该铝钪锆中间合金可以代替铝钪中间合金，降低了生产成 本，在铝合金中添加铝钪锆中间合金后，强化效果更好。
【具体实施方式】
[0016] 特别说明：本发明为表示简便，采用行业内常用的表示方法。百分数均为质量百分 数，合金的表达式中，数字表示相应成分占合金的质量百分数，未标数字的表示对应成分的 具体含量未知，"-"表不分隔符号，并无实际意义；如41-25〇-121~，表不错合金中含2%的5〇 和1 %的Zr ;Al-2Sc-( l-2)Zr表示铝合金中含2wt%的Sc和l-2wt%的Zr。类推适用。
[0017] 实施例i
[0018] Al-2Sc-lZr中间合金及其铝合金的生产方法，包括以下步骤：
[0019] 1 ?原料采用45kgSc2〇3(含5kgZr〇2)，13kgZr〇2,15kgNaF，80kgKCl，100kgNH4F， 13kgCaCl 2。将上述料先在塑料盆中混合，然后放入石墨坩锅中。熔化炉加热，在T = 300°C左 右停留30分，然后再升温至500°C，保温30分，搅拌均匀，注入铁模中，冷却至室温，得到复合 变质剂174kg。
[0020] 2.将上复合变质剂与1200kgAl -同放入石墨坩埚中，A1/复合变质剂=1:0.145。 电炉熔炼，恪化温度T = 800°C，保温T = 850°C，保温时区lh，搅拌均匀。
[0021] 3.倒出浮渣，水冷铁模铸锭，得到含2 % Sc、1 % Zr的A1中间合金1228kg。
[0022] 4.加入AIZnMg合金中，制备得到AlZnMg-0.2Sc-0.1 Zr合金，性能见表1 [0023] 实施例2
[0024] Al-2Sc-2Zr中间合金及其铝合金的生产方法，包括以下步骤：，
[0025] 1 ?原料采用42kgSc2〇3(含2kgZr〇2)，34kgZr〇2，22kgNaF，lOOkgKCl，145kgNH4F， 17kgCaCl2。将上述料先在塑料盆中混合，然后放入石墨坩锅中。熔化炉加热，在T = 200°C左 右停留lh，然后再升温至600°C，保温30分钟，搅拌均匀，注入铁模中，冷却至室温，得到复合 变质剂220kg。
[0026] 2.将上述复合变质剂与1200kgAl-同放入石墨；t甘埚中，A1/复合变质剂=1:0.18。 电炉熔炼，熔化温度T = 800°C，保温T = 900°C，保温时区0.5h，搅拌均匀，
[0027] 3.倒出浮渣，水冷铁模铸锭，得到含2 % Sc、2 % Zr的A1中间合金1236kg。
[0028] 4?加入AIZnMg合金中，制备得到AlZnMg-0 ? ISc-O ? IZr合金，性能见表1。
[0029] 对比例
[0030] A1-2SC中间合金及其铝合金的生产方法，包括以下步骤：
[0031] 1 ?原料采用40kgSc2〇3，15kgNaF，60kgKCl，80kgNH4F，15kgCaC12。将上述料先在塑 料盆中混合，然后放入石墨坩锅中。熔化炉加热，在T = 300°C左右停留2h，然后再升温至600 °C，保温60分钟，搅拌均匀，注入铁模中，冷却至室温，得到复合变质剂150kg。
[0032] 2.将上述复合变质剂与lOOOkgAl -同放入石墨坩埚中，A1/复合变质剂= 1:0.15。 电炉熔炼，熔化温度T = 800°C，保温T = 900°C，保温时区0.5h，搅拌均匀 [0033] 3.倒出浮渣，水冷铁模铸锭，得到含2% Sc的铝钪中间合金1020kg。
[0034] 4.加入AIZnMg合金中，按AlZnMg-0.2Sc得到的合金性能见表1。
[0035]表 1
【主权项】
1. 一种铝合金用的铝钪锆中间合金，其特征在于，所述铝钪锆中间合金的质量组成为： 2wt%的Sc和l_2wt%的Zr，余量为A1。2. -种如权利要求1所述铝钪锆中间合金的生产方法，其特征在于，包括以下步骤： 将质量比为1:(0.1-0.3)的纯铝和复合变质剂放入炉中加热至熔化，然后在850-900°C 下保温20-60分钟;倒出浮渣，金属液冷却得到铝钪锆中间合金； 所述复合变质剂中各成分的质量组成为： Sc2〇3 10-17% Zr〇2 5-15% NaF 4-8% KC1 25-36% NH4F 37-45% CaCh 2-7% 〇3. 如权利要求2所述的生产方法，其特征在于，所述纯铝为纯度大于99.8%的铝。
【文档编号】C22C21/00GK105821260SQ201610341298
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】陈卫平, 陈青松, 钱晓泰, 王晓平, 胡双
【申请人】湖南东方钪业股份有限公司