一种铝合金中含Fe杂质相的细化剂及其制备方法及应用

本发明涉及铝合金再生，具体涉及一种铝合金中含fe杂质相的细化剂及其制备方法及应用。

背景技术：

1、铝合金废料的高品质再生具有巨大经济效益和环保效益。然而，由于杂质元素含量超标且去除较为困难，大量铝合金零部件废料回收后只能降级使用，造成资源浪费。

2、fe是铝合金中常见杂质元素，其含量过高常导致粗大含fe化合物的出现，严重降低合金力学性能。研究表明，将fe杂质元素转化为初生含fe化合物，利用其液相析出的特点进行分离可以有效降低合金中fe含量，但受技术条件限制，合金中fe含量难以被完全去除。fe元素在al基体中固溶度较低，在合金凝固过程中以粗大含fe化合物的形式析出，对合金强度、韧性、耐疲劳性能及耐蚀性等危害较大。因此，通过特定手段对铝合金含fe化合物进行细化处理，对于再生铝合金组织及力学性能调控，实现其高品质再生具有重要意义。

3、发明专利cn109487107b公开了一种兼具含fe杂质相变质的铸造铝合金的复合变质剂及其变质方法，变质剂主要包含mn、sr、la和ce元素。但是，mn对含fe杂质相变质作用较小，且当mn添加量过大时，容易产生粗大含fe杂质相颗粒，降低合金力学性能，sr元素添加量过多容易导致合金吸气，产生气孔。发明专利cn118460887a公开了一种细化变质剂及其制备方法，所述细化变质剂主要通过形成tib2、tibc、tic、vb2形核粒子来促进含fe杂质相形核，在一定程度上对含fe杂质相具有变质作用，但所述形核粒子无法抑制含fe杂质相生长，变质效果受限，含fe杂质相细化效果受限。

4、因此，如何通过合金化方式实现含fe杂质相细化，从而提升合金强韧性与耐疲劳性能对高fe含量铝合金废料高品质与高性能再生具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种铝合金中含fe杂质相的细化剂及其制备方法及应用，通过细化剂中的变质元素细化含铁杂质相，使其沿晶界弥散分布形成连续网络结构，提高再生合金的强韧性与耐疲劳性能。

2、为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种铝合金中含fe杂质相的细化剂，包括al和变质元素，所述变质元素选自ge、gd、sm和yb中的两种以上；所述细化剂细化含铁杂质相，使其沿晶界弥散分布形成连续网络结构。

3、本发明细化剂中变质元素细化再生铝合金中含fe杂质相，有效提高了合金的强度、韧性、耐蚀性及耐疲劳强度。所述变质元素可以吸附在含fe杂质相晶体表面，与铝合金中al原子形成第二相或固溶于含fe杂质相；其中，变质元素与al原子形成的第二相晶体结构为简单立方结构、单斜结构或密排六方结构；变质元素固溶于含fe杂质相时，其占据al原子或fe原子晶格位置。

4、进一步的，所述细化剂中单一变质元素的质量百分比为3-10%。

5、进一步的，所述含fe杂质相为alfe相、β-alfesi相、α-alfesi相中的一种或几种。

6、本发明第二方面提供第一方面所述的铝合金中含fe杂质相的细化剂的制备方法，包括如下步骤：

7、s1、将纯铝（99.99 wt.%）熔化并升温至第一温度，得到纯铝熔体；

8、s2、将所述纯铝熔体降温至第二温度，加入含变质元素的中间合金，熔化、除气、浇铸，得到铝合金中含fe杂质相的细化剂。

9、进一步的，所述第一温度为740-770℃，所述第二温度为710-730℃。

10、进一步的，所述中间合金选自al-ge合金、al-gd合金、al-sm合金和al-yb合金中的两种以上。任一所述中间合金中，变质元素的质量百分比为10~20%。

11、进一步的，所述浇铸的冷却速度为200-500k/s。

12、本发明第三方面提供第一方面所述的铝合金中含fe杂质相的细化剂在含fe铝合金再生中的应用。

13、进一步的，所述应用的步骤为：将含铁铝合金废料熔化并调温至710-730℃，加入所述细化剂并保温8-15mim，除气后浇铸。

14、进一步的，所述细化剂中的变质元素在铝合金中的总添加量为0.05-0.5%。

15、本发明的有益效果：

16、本发明细化剂成分均匀、变质效果稳定性高，通过细化剂中的变质元素细化含铁杂质相，使其沿晶界弥散分布形成连续网络结构，有效提高了再生合金的强度、韧性、耐蚀性及耐疲劳强度。

1.一种铝合金中含fe杂质相的细化剂，其特征在于，包括al和变质元素，所述变质元素选自ge、gd、sm和yb中的两种以上；所述细化剂细化含铁杂质相，使其沿晶界弥散分布形成连续网络结构。

2.如权利要求1所述的铝合金中含fe杂质相的细化剂，其特征在于，所述细化剂中单一变质元素的质量百分比为3-10%。

3.如权利要求1所述的铝合金中含fe杂质相的细化剂，其特征在于，所述含fe杂质相为alfe相、β-alfesi相、α-alfesi相中的一种或几种。

4.一种权利要求1-3任一项所述的铝合金中含fe杂质相的细化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的铝合金中含fe杂质相的细化剂的制备方法，其特征在于，所述第一温度为740-770℃，所述第二温度为710-730℃。

6.如权利要求4所述的铝合金中含fe杂质相的细化剂的制备方法，其特征在于，所述中间合金选自al-ge合金、al-gd合金、al-sm合金和al-yb合金中的两种以上。

7.如权利要求4所述的铝合金中含fe杂质相的细化剂的制备方法，其特征在于，所述浇铸的冷却速度为200-500k/s。

8.一种权利要求1-3任一项所述的铝合金中含fe杂质相的细化剂在含fe铝合金再生中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用的步骤为：将含铁铝合金废料熔化并调温至710-730℃，加入所述细化剂并保温8-15mim，除气后浇铸。

10.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述细化剂中的变质元素在铝合金中的总添加量为0.05-0.5%。