铝镁铬合金的熔炼方法及过滤装置

摘要

铝镁铬合金的熔炼方法及过滤装置，熔炼方法包括：原料干燥→合金液A的制备→合金液B的制备→过滤除杂；过滤装置包括过滤包、泡沫陶瓷过滤装置和引流装置，所述合金液放置在过滤包内，过滤包底部开有T型槽，T型槽上部放置泡沫陶瓷，T型槽下部与引流装置连接；所述泡沫陶瓷过滤装置包括浅过滤层和深过滤层，深过滤层和浅过滤层自下而上依次叠加，所述浅过滤层为15ppi泡沫陶瓷板，深过滤层为25ppi泡沫陶瓷板；所述引流装置包括引流板和模具，引流板与模具连接，引流板上开有与T型槽及模具相匹配的引流槽。本发明利用覆盖剂、精炼、细化及双极过滤技术生产合金，有效改善了合金的力学性能，拓宽铝镁合金的应用范围。

权利要求

1.铝镁铬合金的熔炼方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，将纯铝、纯镁、Al-10Cr中间合金、细化剂、除气剂和覆盖剂烘干；

第二步，将熔炼炉与合金液接触的部位涂刷TL130氧化铝基涂料，后升温至

300℃-400℃，取第一步所得纯铝放入熔炼炉中，升温至750℃-780℃，待纯铝完全熔化，扒去铝液表面氧化皮，后在表面铺盖一层覆盖剂；其中所述覆盖剂由按照质量百分比计的

20％CaF2和80％的光卤石混合而成；

第三步，将第一步所得Al-10Cr中间合金加入第二步的熔炼炉中，待完全熔化后，搅拌

1～2min，之后降温至680℃～710℃，静置10～20min；

第四步，将第一步所得纯镁压入熔炼炉中，待其完全熔化后，搅拌1～2min，静置10～

20min，后加入第一步所得细化剂，搅拌1～2min，静置10～20min，得合金液A；

第五步，将精炼剂加入第四步所得合金液A中，精炼2次，精炼后扒灰，扒灰后在合金液表面覆盖一层覆盖剂，后静置10～20min，得合金液B；

第六步，将第五步所得合金液B通过双极过滤装置过滤除杂、浇注，具体为：先将合金液B倒入过滤包(9)中，合金液B依次通过浅过滤层(5)和深过滤层(6)过滤除杂后，通过引流板(7)上的引流槽流入模具(8)中浇注成型；

其中，第二步中加入的纯铝、第二步中加入的覆盖剂、第三步中加入的Al-10Cr中间合金、第四步中加入的纯镁、第四步中加入的细化剂、第五步中加入的精炼剂总量、第五步中加入的覆盖剂的质量比为1000:30～50:15:32:2:6～10:30～50。

2.根据权利要求1所述的铝镁铬合金的熔炼方法，其特征在于，第一步中的纯铝、纯镁、Al-10Cr中间合金、细化剂在200℃温度下烘烤2h，除气剂、覆盖剂在80℃温度下烘烤

2h。

3.根据权利要求1或2所述的铝镁铬合金的熔炼方法，其特征在于，第二步中所述光卤石为按照质量百分比计的70％MgCl2与30％KCl的混合物。

4.根据权利要求1所述的铝镁铬合金的熔炼方法，其特征在于，第四步中所述细化剂为Al-5Ti-B，Al-5Ti-B以丝状加入。

5.根据权利要求1所述的铝镁铬合金的熔炼方法，其特征在于，第五步中所述精炼剂由按照质量百分比计的68％NaNO3、12％C和20％NaCl混合压块而成。

说明书

铝镁铬合金的熔炼方法及过滤装置

技术领域

[0001] 本发明属于合金熔炼领域，具体涉及一种铝镁铬合金的熔炼方法及过滤装置。

背景技术

[0002] 对于铝镁基合金，镁是主要的合金化元素，而常见的添加元素铬为辅助添加元素。该合金密度小，切削性好，有优良的抗蚀性，能抵抗海水类介质的腐蚀，故被称为防锈铝合金。铝镁合金强度比铝锰系合金高，焊接性能、加工性能及疲劳性能良好，合金在经过冷加工后具有较高的强度。故在交通运输、船舶结构、电线电缆等领域均有广泛的用途。但是铝镁合金的壁厚效应比较大，机械性能不稳定，长时间放置容易变脆，铸造性能很差，且铝合金在铸造过程会出现针孔、气孔、夹渣等铸造缺陷，这严重制约了铝镁合金的发展。因此，针对上述问题，为了减少合金的铸造缺陷，需探索合适的熔炼工艺，以满足合金性能的使用要求。

发明内容

[0003] 解决的技术问题：本发明的目的是为解决现有技术的不足而提供一种铝镁铬合金的熔炼方法及过滤装置，该方法可以起到除渣、除气作用，避免合金液在熔炼过程中受到污染的问题，提高合金熔体的纯洁度，增强铝镁合金的力学性能，从而拓宽铝镁合金的应用范围。

[0004] 本发明的技术方案：

[0005] 用于铝镁铬合金熔炼的双极过滤装置，包括过滤包、泡沫陶瓷过滤装置和引流装置，所述过滤包内放置合金液，过滤包底部开有T型槽，T型槽上部放置泡沫陶瓷过滤装置，T型槽下部与引流装置连接；所述泡沫陶瓷过滤装置包括浅过滤层和深过滤层，深过滤层和浅过滤层自下而上依次叠加，所述浅过滤层为15ppi泡沫陶瓷板，深过滤层为25ppi泡沫陶瓷板；所述引流装置包括引流板和模具，引流板与模具连接，引流板上开有与T型槽及模具相匹配的引流槽。

[0006] 所述的用于铝镁铬合金熔炼的双极过滤装置，其中，所述引流板和过滤包的材质为石墨。

[0007] 铝镁铬合金的熔炼方法，包括如下步骤：

[0008] 第一步，将纯铝、纯镁、Al-10Cr中间合金、细化剂、除气剂和覆盖剂烘干；

[0009] 第二步，将熔炼炉与合金液接触的部位涂刷TL130氧化铝基涂料，后升温至300℃-400℃，取步骤一所得纯铝放入熔炼炉中，升温至750℃-780℃，待纯铝完全熔化，扒去铝液表面氧化皮，后在表面铺盖一层覆盖剂；其中所述覆盖剂由按照质量百分比计的
20％CaF2和80％的光卤石混合而成；

[0010] 第三步，将步骤一所得Al-10Cr中间合金加入步骤二中，待完全熔化后，搅拌1~2min，之后降温至680℃~710℃，静置10~20min；

[0011] 第四步，将步骤一所得纯镁压入熔池中，待其完全熔化后，搅拌1~2min，静置10~20min，后加入步骤一所得细化剂，搅拌1~2min，静置10~20min，得合金液A；

[0012] 第五步，将精炼剂加入步骤四所得合金液A中，精炼2次，精炼后扒灰，扒灰后在合金液表面覆盖一层覆盖剂，后静置10~20min，得合金液B；

[0013] 第六步，将步骤五所得合金液B通过双极过滤装置过滤除杂、浇注，具体为：先将合金液B注入合金液盛放装置中，合金液B依次通过浅过滤层和深过滤层过滤除杂后，通过引流板上的引流槽流入模具中浇注成型；

[0014] 其中，第二步中加入的纯铝、第二步中加入的覆盖剂、第三步中加入的Al-10Cr中间合金、第四步中加入的纯镁、第四步中加入的细化剂、第五步中加入的精炼剂总量、第五步中加入的覆盖剂的质量比为1000：30~50：15：32：2：6~10：30~50。

[0015] 所述的铝镁铬合金的熔炼方法，其中步骤一中的纯铝、纯镁、Al-10Cr中间合金、细化剂在200℃温度下烘烤2h，除气剂、覆盖剂在80℃温度下烘烤2h。

[0016] 所述的铝镁铬合金的熔炼方法，其中步骤二中所述光卤石为按照质量百分比计的70％MgCl2与30％KCl的混合物。

[0017] 所述的铝镁铬合金的熔炼方法，其中步骤四中所述细化剂为Al-5Ti-B，Al-5Ti-B以丝状加入。

[0018] 所述的铝镁铬合金的熔炼方法，其中步骤五中所述精炼剂由68％NaNO3、12％C和20％NaCl混合压块而成。

[0019] 在本发明中精炼剂在铝液中的化学反应式为：

[0020]

[0021] 本发明中，精炼剂与铝液反应生成的N2及CO2起到精炼除杂作用，NaCl不参与反应，但可以有效提高精炼效果并减缓反应速度。

[0022] 有益效果

[0023] 第一，本发明中，铬元素以中间合金的方式加入，从而保证铬元素完全熔入合金液中；细化剂采用Al-5Ti-B合金丝方式加入，使细化效果达到最佳；

[0024] 第二，传统的精炼剂采用C2Cl6容易与铝液反应生成C2Cl4、Cl2、HCl等气体，会严重腐蚀周围设备，污染环境，而本发明的精炼剂采用68％NaNO3、12％C、20％NaCl混合压块而成，与铝液反应生成的N2及CO2起到精炼除杂作用，这两种气体不污染环境，且不与铝液发生反应，除杂效果好；

[0025] 第三，本发明利用双极过滤装置进行熔体过滤除杂，可以有效去除合金熔液中的杂质及有害气体，提高铝合金熔液的纯净度，此外采用覆盖剂、精炼、细化及双极过滤技术，可有效减少在铸造过程中产生的裂纹、缩松、夹杂等铸造缺陷，从而改善合金的力学性能，拓宽铝镁合金的应用范围。

附图说明

[0026] 图1为本发明的熔炼示意图，其中1为覆盖剂，2为合金液，3为涂料，4为熔炼炉；

[0027] 图2为本发明中使用的双极过滤装置示意图，其中，2为合金液，5为浅过滤层，6为深过滤层，7为引流板，8为模具，9为过滤包；

[0028] 图3-a为实施例6的采用Al-5Ti-0.2C细化剂的合金组织图；

[0029] 图3-b为实施例1的采用Al-5Ti-B细化剂的合金组织图；

[0030] 图4-a 为实施例3的不采用覆盖剂、精炼、细化及双极过滤技术的合金组织图；

[0031] 图4-b 为实施例1的采用覆盖剂、精炼、细化及双极过滤技术的合金组织图；

[0032] 图5为实施例1与实施例3生产的合金的力学性能比较图。

具体实施方式

[0033] 本发明中，熔炼工具为熔炼炉、石墨钟罩、扒灰勺和双极过滤装置，在使用过程中，将TL130氧化铝基保护涂料涂刷在熔炼工具表面，烘干备用。

[0034] 以下结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

[0035] 实施例1

[0036] 铝镁铬合金的熔炼方法，包括以下步骤：

[0037] 1.先进行下料：纯铝、纯镁、Al-10Cr中间合金、细化剂在200℃温度下烘烤2h，除气剂、覆盖剂在80℃温度下烘烤2h；所有熔炼工具使用TL130氧化铝基保护涂料涂刷表面，之后在400℃温度下烘烤2h，备用。

[0038] 2.熔炼炉与合金液接触部位用TL130氧化铝基保护涂料涂刷表面，预热至300℃。之后将1000g纯铝放入炉中，然后升温到780℃，保温至纯铝熔化。

[0039] 3. 待纯铝熔化后，用扒灰勺扒去合金液表面氧化皮，之后在表面均匀铺盖一层覆盖剂。覆盖剂采用按照质量百分比计的20％CaF2和80％光卤石（光卤石为按照质量百分比计的70％MgCl2与30％KCl的混合物）混合而成，加入量为50g，如图1所示。

[0040] 4.加入元素铬、镁：用石墨钟罩将15g的Al-10Cr中间合金压入铝液底部，之后保温30分钟，待其完全熔化后用石墨棒顺时针均匀搅拌2min，之后将温度调至710℃，静置10min；用石墨钟罩将32g纯镁压入熔池2/3深处，时间为2min，待其完全熔化后取出钟罩，再用石墨棒顺时针缓慢搅拌2min，之后静置10min。

[0041] 5.细化、精炼处理：细化剂采用Al-5Ti-B，加入量为2g，Al-5Ti-B以丝状形式加入，并按顺时针缓慢搅拌2min，之后静置10min，得合金液A，精炼剂采用按照质量百分比计的68％NaNO3、12％C、20％NaCl混合压块而成，精炼2次，精炼剂总加入量为10g，每次加入量为5g，间隔5分钟，除气之后扒灰，扒灰后在合金液表面再均匀覆盖一层覆盖剂，覆盖剂的加入量为50g，防止合金液氧化吸气，之后静置10min，得合金液B。

[0042] 6. 熔体过滤、浇注：合金熔体除气静置后，将合金液B利用双极过滤装置进行过滤除杂及浇注，具体为：先将合金液B注入过滤包中，合金液B依次通过浅过滤层5和深过滤层6过滤除杂后，通过引流板7上的引流槽流入模具8中浇注成型；

[0043] 双极过滤装置如图2所示，包括过滤包、泡沫陶瓷过滤装置和引流装置，所述过滤包内放置合金液2，过滤包9底部开有T型槽，T型槽上部放置过滤装置，T型槽下部与引流装置连接；所述泡沫陶瓷过滤装置包括浅过滤层5和深过滤层6，深过滤层6和浅过滤层5自下而上依次叠加，所述浅过滤层5为15ppi泡沫陶瓷板，深过滤层6为25ppi泡沫陶瓷板；所述引流装置包括引流板7和模具8，引流板7与模具8连接，引流板7上开有与T型槽及模具8相匹配的引流槽。

[0044] 本发明使用的泡沫陶瓷由两种规格的泡沫陶瓷板组合而成，分别为15ppi和25ppi，15ppi泡沫陶瓷板用于过滤粗杂质，粗过滤后的铝液再经25ppi泡沫陶瓷板过滤细小杂质颗粒，从而达到较好的除杂效果；本发明引流板材质为石墨，可防止污染铝液，引流板上开出与T型槽及模具相匹配的引流槽，用于引流经泡沫陶瓷板过滤过的铝液，引流槽可以使过滤后的铝液保持稳定流动，防止铝液翻动吸气，引流板与模具连接，完成浇注成型[0045] 实施例2

[0046] 1.先进行下料：纯铝、纯镁、Al-10Cr中间合金、细化剂在200℃温度下烘烤2h，除气剂、覆盖剂在80℃温度下烘烤2h；所有熔炼工具使用TL130氧化铝基保护涂料涂刷表面，之后在400℃温度下烘烤2h，备用。

[0047] 2.熔炼炉与合金液接触部位用TL130氧化铝基保护涂料涂刷表面，预热至300℃。之后将1000g纯铝放入炉中，然后升温到750℃，保温至纯铝熔化。

[0048] 3. 待纯铝熔化后，用扒灰勺扒去合金液表面氧化皮，之后在表面均匀铺盖一层覆盖剂。覆盖剂采用按照质量百分比计的20％CaF2和80％光卤石（光卤石为按照质量百分比计的70％MgCl2与30％KCl的混合物）混合而成，加入量为30g，如图1所示。

[0049] 4.加入元素铬、镁：用石墨钟罩将15g的Al-10Cr中间合金压入铝液底部，之后保温30分钟，待其完全熔化后用石墨棒顺时针均匀搅拌1min，之后将温度调至710℃，静置20min；用石墨钟罩将32g纯镁压入熔池2/3深处，时间为2min，待其完全熔化后取出钟罩，再用石墨棒顺时针缓慢搅拌1min，之后静置20min。

[0050] 5.细化、精炼处理：细化剂采用Al-5Ti-B，加入量为2g，Al-5Ti-B以丝状形式加入，并按顺时针缓慢搅拌1min，之后静置20min，得合金液A，精炼剂采用按照质量百分比计的68％NaNO3、12％C、20％NaCl混合压块而成，精炼2次，精炼剂总加入量为6g，每次加入量为3g，间隔5分钟，除气之后扒灰，扒灰后在合金液表面再均匀覆盖一层覆盖剂，覆盖剂的加入量为30g，防止合金液氧化吸气，之后静置20min，得合金液B。

[0051] 6. 熔体过滤、浇注：合金熔体除气静置后，将合金液B利用双极过滤装置进行过滤除杂及浇注，双极过滤装置如图2所示。

[0052] 实施例3

[0053] 实施例3的铝镁铬合金的熔炼方法与实施例1基本相同，不同之处在于：覆盖剂加入量为0g，细化剂0g，精炼剂0g，不使用熔体过滤装置。

[0054] 实施例4

[0055] 实施例4的铝镁铬合金的熔炼方法与实施例1基本相同，不同之处在于：加入元素铬、镁、细化剂后，对合金液顺时针搅拌1min，然后静置20min。

[0056] 实施例5

[0057] 实施例5的铝镁铬合金的熔炼方法与实施例1基本相同，不同之处在于：加入元素铬之后，将温度调至680℃进行熔炼。

[0058] 实施例6

[0059] 实施例6的铝镁铬合金的熔炼方法与实施例1基本相同，不同之处在于：将熔炼炉与合金液接触的部位涂刷TL130氧化铝基涂料，后升温至400℃，之后进行熔炼。

[0060] 实施例7

[0061] 实施例7的铝镁铬合金的熔炼方法与实施例1基本相同，不同之处在于：将实施例1中采用的Al-5Ti-B细化剂替换成等质量的Al-5Ti-0.2C细化剂，之后与实施例1进行对比。利用Nano Measurer粒径分析软件测量晶粒大小：如图3-a，采用Al-5Ti-0.2C细化剂的合金晶粒尺寸：385.6µm，图3-b，采用Al-5Ti-B细化剂的合金晶粒尺寸：156.8µm。可见细化剂采用Al-5Ti-B方式加入，可以大幅度细化合金晶粒。

[0062] 将实施例3与实施例1对比，实施例1采用覆盖剂、精炼、细化及双极过滤技术，可有效减少在铸造过程中产生的裂纹、缩松、夹杂等铸造缺陷，从而改善合金的力学性能，拓宽铝镁合金的应用范围。如图4-a、4-b所示，可以发现：对比图4-a可知，图4-b晶粒尺寸小且组织中缩松、孔洞少。

[0063] 同时，由图5可见，实施例3不采用覆盖剂、精炼、细化及双极过滤技术生产的合金延展性及抗拉强度分别为6.2%、116Mpa；实施例1采用覆盖剂、精炼、细化及双极过滤技术生产的合金延展性及抗拉强度分别为15%、193.6 Mpa。经过对比可以看出采用覆盖剂、精炼、细化及双极过滤技术生产的合金的力学性能比不采用覆盖剂、精炼、细化及双极过滤技术生产合金的力学性能明显提高。