一种铝合金及其制备方法与流程

本发明属于合金熔炼，具体涉及一种铝合金及其制备方法。

背景技术：

1、3000系铝合金（al-mn系）具有良好的耐蚀性和成形性。现有的熔炼提纯流程一般为：将纯铝锭熔化，再升温至730~750℃，然后加入al-mn中间合金及纯mn，之后再加入其他微量元素（如mg），对所得体系覆盖熔剂，进行旋转喷吹或六氯乙烷精炼，扒渣后进行浇铸。

2、此类现有技术中，由于纯mn熔点1244℃，在铝熔体中的溶解需依赖高温（≥730℃）和长时间保温（通常30~60min），才能实现完全合金化。这导致在此期间熔体持续吸氢、表面氧化膜不断增厚，氧化夹杂物随保温时间延长呈指数增长。所有合金元素加入后才进行一次精炼，熔体中已积累大量夹杂物（如al2o3、mn氧化物等），同时维持在高温，这导致mg在高温（>700℃）下烧损率可达5~10%，且易产生氧化膜；精炼扒渣后熔体表面裸露，浇铸过程中也易生成二次氧化膜。

3、由此，一方面导致铝合金核心强化元素mg含量低于目标值，直接导致固溶强化和时效强化效果大打折扣；同时夹杂物（al2o3、mn氧化物）与铝基体的弹性模量和热膨胀系数差异巨大，因而在受力时容易引发应力集中，易导致裂纹，明显降低铝合金的强度和韧性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种铝合金制备方法，以解决现有技术由于熔炼时加热时间长，加热温度高，最后所有合金元素加入进行一次精炼，导致夹杂物多，mg烧损率高，明显影响所得铝合金产品的强度和韧性的技术问题。

2、一种铝合金制备方法，包括下列步骤：

3、s1、将纯铝熔体温度升高后加入al-mn中间合金；

4、s2、惰性气氛下，在al-mn中间合金完全熔化后立即降温并加入镁后得到混合熔体；将混优选的，合熔体温度升高后精炼，浇铸得到铝合金产品。

5、优选的，步骤s1中，纯铝熔体的制备方法为：将纯铝加热熔化后压入精炼剂，690~710℃下用惰性气体进行旋转喷吹精炼，之后静置，扒渣得到纯铝熔体。此时实现第一次精炼。

6、步骤s1中，为防止氧化，纯铝被加热熔化为熔体后，在熔体表面覆盖覆盖剂，并通入惰性气体形成惰性氛围。惰性气体为氩气、氦气等惰性气体。

7、步骤s1中，所述al-mn中间合金中mn的质量含量为10%-30%，例如采用al-20%mn中间合金。al-20%mn中间合金加入前被预破碎至粒径为5~8mm的颗粒，通过间歇搅拌令al-mn中间合金熔化。al-mn中间合金熔化的总时间在20min以内，优选在15min以内。

8、所用al-20%mn中间合金的液相线温度约为700~720℃，远低于纯mn的熔点（1244℃），因此可在720℃下顺利溶解。同时，中间合金中mn以al6mn化合物形式存在，其在铝熔体中的溶解活化能远低于纯mn的扩散活化能，搭配间歇搅拌加速溶质扩散，可在15min内完成合金化，无需升至730℃以上，显著减少氧化和吸氢。

9、该步骤中，间歇搅拌的间隔时间为3min，搅拌时间为30s，搅拌使用石墨搅拌棒进行。间歇搅拌避免了连续搅拌导致的熔体表面氧化膜反复破碎卷入，同时为溶质扩散提供充足时间，在加速溶解与减少氧化之间取得最优平衡。

10、通过该步骤，相比现有技术熔化mn能够降低所需的温度和高温持续时间。

11、优选的，所述步骤s2中，镁的加入方法为：用石墨钟罩将镁块压入熔体底部，缓慢上下移动钟罩后静置扩散4~6min。

12、优选的，所述步骤s2中，加入镁之前，用覆盖剂覆盖于熔体表面形成保护层，加入镁时熔体温度在670~695℃。

13、步骤s3在镁扩散时的熔体温度和扩散时间都相对现有技术有明显减少，有效降低镁在加入后的烧损率。该步骤明显降低镁熔化扩散时的温度，而镁氧化速率随温度降低呈指数级下降，因此从源头抑制mg的烧损率。该步骤还与前一步的mn元素的添加方式改进相关，前一步降低合金化所需温度，使得镁不再经历mn熔化所需的长时高温环境。

14、优选的，所述步骤s2中，精炼包括：将精炼剂压入混合熔体，720~730℃下用惰性气体进行旋转喷吹精炼，之后静置，再扒渣，扒渣后在熔体表面覆盖含有mgcl2和kcl的覆盖剂。此时实现第二次精炼。

15、第一次精炼为预精炼阶段，在预精炼温度（即690~710℃）下利用石墨钟罩将精炼剂压入熔体，进行第一次精炼。较低的预精炼温度让铝熔体表面氧化膜生长速率显著减缓，从源头减少了氧化夹杂物的生成量。通过第一次精炼，能够先去除原始铝锭中的夹杂物。

16、第二次精炼为终精炼阶段，保持通入惰性气体（如氩气）形成惰性氛围。该步骤与步骤s1结合实现分阶段精炼除杂，在纯铝中的夹杂物在尚未被后续合金化过程搅拌打碎分散之前即被清除，降低单次精炼的负荷，也避免不同夹杂物混合堆积；终精炼专门针对合金化和加镁过程中新生成的mn、mg等新生氧化物进行除杂。同时，终精炼温度不额外升高，避免了二次升温导致的额外吸氢和氧化加重的问题。

17、优选的，所述步骤s2中，al-mn中间合金为al-20%mn中间合金，熔体温度升高到715~725℃。

18、优选的，所述精炼剂包含nacl、kcl、naf和na2sif6。

19、优选的，所述步骤s2中，浇铸时，熔体温度为690~705℃，铸模预热至250~300℃。

20、浇铸采用覆盖保护浇铸：熔体表面覆盖覆盖剂并持续通入保护气体进行保护，从熔体内部取液进行浇铸。浇铸时，预热模具减缓铝液凝固速度，有利于气体逸出和补缩，减少铸件内部气孔和疏松缺陷。

21、步骤s2从熔体内部取液进行浇铸，杜绝二次氧化，避免形成新的氧化膜，也避免浇铸部分受到熔体表面杂质的影响。

22、本发明还提供了一种铝合金，由上述制备方法制得。

23、优选的，所述铝合金包含0.79-0.83 wt%mg，1.12-1.18 wt%mn，余量为al，杂质不超过0.1wt%，针孔度不超过1级，夹渣面积不超过0.28%。

24、本发明具有以下优点：本发明采用先加入镁后升温精炼的添加顺序，并且对加镁温度精确控制，在670~695℃的较低温度下加入，从源头降低镁的氧化速率。在后续720~730℃的高温精炼过程中，熔体表面有覆盖剂和惰性气体保护。即使表面有微量氧化，也是铝-镁混合氧化膜在表面缓慢形成，而不会出现镁液滴在表面剧烈燃烧，因此尽管后续仍有高温阶段，但仍能够有效降低镁烧损率。

25、同时采用两次分段精炼，将精炼拆分为预精炼（加镁前，清除铝锭原始夹杂）和终精炼（加镁后，清除合金化新生夹杂），这样分阶段除杂具有更强的针对性，能够减少夹杂物含量。由此，实现了夹杂物含量和mg烧损率双双降低的效果，再结合浇铸全程熔体表面保持覆盖剂薄层并持续通入惰性气体的保护措施，有效保证了所得铝合金产品的强度和韧性等性能指标达到要求，相比现有技术有明显提升。

1.一种铝合金制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的一种铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，镁的加入方法为：用石墨钟罩将镁块压入熔体底部，缓慢上下移动钟罩后静置扩散4~6min。

3.根据权利要求2所述的一种铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，加入镁之前，用覆盖剂覆盖于熔体表面形成保护层，加入镁时熔体温度在670~695℃。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，纯铝熔体的制备方法为：将纯铝加热熔化后压入精炼剂，690~710℃下用惰性气体进行旋转喷吹精炼，之后静置，扒渣得到纯铝熔体。

5.根据权利要求1所述的一种铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，精炼包括：将精炼剂压入混合熔体，720~730℃下用惰性气体进行旋转喷吹精炼，之后静置，再扒渣，扒渣后在熔体表面覆盖含有mgcl2和kcl的覆盖剂。

6.根据权利要求1所述的一种铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，al-mn中间合金中mn的质量含量为10%-30%，熔体温度升高到715~725℃。

7.根据权利要求4或5所述的一种铝合金制备方法，其特征在于，所述精炼剂包含nacl、kcl、naf和na2sif6。

8.根据权利要求1所述的一种铝合金制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，浇铸时，熔体温度为690~705℃，铸模预热至250~300℃。

9.一种铝合金，其特征在于，由权利要求1-8中任一所述的制备方法制得。

10. 根据权利要求9所述的一种铝合金，其特征在于，包含0.79-0.83 wt%mg，1.12-1.18 wt%mn，余量为al，杂质不超过0.1wt%，针孔度不超过1级，夹渣面积不超过0.28%。