CN105274377B - 一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法,所述方法先将铝合金原料置于熔炼炉内,在氮气或惰性气体的气氛下,加热熔化得到铝合金熔体,再采用从上往下吹入氮气或惰性气体的方式,对铝合金熔体进行吹气搅拌,同时进行向下定向凝固处理,将铝合金熔体冷却至液相线温度,达到脱气作用,获得高纯铝合金。本发明方法工艺流程短,易于操作,经济效益高,经检测采用本发明方法除氢率高于90%,获得的铝合金气孔率低于0.15%,抗拉强度提升90%以上。
Description
技术领域
本发明属于材料与冶金过程技术领域,具体涉及一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法。
背景技术
铝合金在熔炼和铸造的过程中,通常夹杂有杂质和气体,夹杂的气体主要是氢气。氢在铝合金的固液两相中溶解度不同,在液相铝合金中溶解度比在固相铝合金中的溶解度大,氢在固相线上下的溶解度分别为每100g铝液氢含量为0.65 mL和0.034 mL。由于溶解度不同,在凝固过程中,氢气就倾向于向液相中运动,进而在铸件内部形成气泡,严重影响了铸件的性能。
目前,铝合金熔体除气方法主要有吸附法和非吸附法:吸附法主要有气泡浮游法、过滤法、溶剂法。非吸附法主要有超声波净化法、电磁净化法、真空处理法等。吸附法是指通过铝合金熔体直接与各种气体、液体、过滤介质、固体精炼剂等相接触,通过物理、化学或机械作用来达到除气和除杂的目的。非吸附法是指不通过向熔体中添加吸附剂,而是通过某些物理手段来改变金属与气体或夹杂物***的平衡状态,从而达到分离的目的。我国目前的铝合金熔体处理水平与国际先进水平仍有一定的差距,国内铝合金含氢量达不到0.10~0.20 mL/100g这个基本标准。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足,本发明所要解决的技术问题是:怎样提供一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法,使铝合金中的氢能够得到有效脱除,且同时具有工艺流程短、操作简单、经济效益高的特点。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法,包括如下步骤:
1)预处理:将铝合金原料置于熔炼炉内,在氮气或惰性气体的气氛下,加热使炉内的铝合金原料熔化,得到铝合金熔体;其中,控制熔炼炉内压力为常压,温度为550~2000℃,加热时间为5~300min,保温时间为1~180min;
2)吹气搅拌定向凝固处理:采用从上往下吹入氮气或惰性气体的方式,对步骤1)所述铝合金熔体进行吹气搅拌,同时进行向下定向凝固处理,将铝合金熔体冷却至液相线温度,达到脱气作用,获得高纯铝合金;其中,控制吹气搅拌的吹气深度距铝合金熔体底部2~20 cm,气流量为10~12000 mL/s,控制定向凝固的下拉速度为1~12000 μm/s。
这主要结合了吹气搅拌和定向凝固两种方法。往铝合金熔体中吹入惰性气体,气体搅拌的作用加速了铝合金熔体中氢原子之间的相互碰撞,促使分布在铝合金中的氢原子结合形成氢气;并且由于吹入气体,使得铝合金熔体内部产生大量的气泡,利用氢在铝合金熔体和气泡之间的分压差不同,促使铝熔体中的氢气不断的进入气泡,逸向液面。同时,对铝合金熔体进行定向凝固处理,即底部先凝固,利用氢在铝合金固液相的溶解度不同,将氢气从熔体的一端逐渐汇集到另一端,促使氢逐渐向头部富集并逸出。
上述方法中采用温度为550~2000℃,加热时间为5~300min,保温时间为1~180min,在上述条件下铝合金原料的熔融状态优良,熔化充分,有利于后期的吹气搅拌定向凝固处理;控制吹气搅拌的吹气深度距铝合金熔体底部2~20 cm,选择该吹气深度对熔体的搅拌程度较优,能够尽可能地除去铝合金中的氢气,达到脱除氢气的目的;气流量为10~12000 mL/s,选择该气流量对熔体的搅拌作用较优,能使熔体中产生合适数目和大小的气泡,使氢气尽可能地进入气泡内;控制定向凝固的下拉速度为1~12000 μm/s,可以使熔体的冷却速度较慢,使氢气有足够的时间充分地富集在液相中,又可以避免采用过慢的下拉速度耗时耗能的问题。
作为优化,所述铝合金中铝的质量含量为5%~95%。选用这样的铝合金,能够达到更好的脱除氢气效果。
作为优化,所述铝合金中其它合金成分为硅、铁、镁、钛、铜和锌中的一种或多种。选用这样的铝合金,能够达到更好的脱除氢气效果。
作为优化,所述惰性气体为氩气。选择氩气能够更好地排出空气,提供更好的惰性环境,保证铝合金不被氧化。
作为优化,步骤1)中温度为700℃。铝合金在该温度下能够充分熔化为熔体,同时又能避免使用过高加热温度浪费能源的问题。
作为优化,步骤1)中加热时间为30 min,保温时间为10 min。在该加热时间和保温时间下,铝合金既能充分熔化,又不会浪费能源。
作为优化,步骤2)中控制吹气搅拌的吹气深度距铝合金熔体底部2cm。这样,能够更有利于铝合金熔体中氢原子结合形成氢气,并能促进熔体充分搅拌。
作为优化,步骤2)中气流量为100 mL/s。这样,更有利于氢原子结合形成氢气,且能在铝合金熔体内产生合适数量的气泡,促使铝熔体中的氢气充分进入气泡内,逸向液面。
作为优化,步骤2)中控制定向凝固的下拉速度为100 μm/s。选择该下拉速度,可以达到合适的凝固速率,利用氢在液固两相的溶解度不同,使铝合金中的氢充分地富集在液相中,达到更好的脱除氢气的效果。
相比现有技术,本发明具有如下有益效果:
1、本发明在常压下结合吹气搅拌和定向凝固处理,加速了铝合金熔体中氢原子结合成氢气,继而进入吹气形成的气泡中,逸向液面,并通过对铝合金熔体进行定向凝固处理,利用氢在铝合金固液两相中的溶解度不同,达到良好的脱氢效果。经检测采用本发明方法除氢率高于90%,获得的铝合金气孔率低于0.15%,抗拉强度提升90%以上。
2、本发明方法工艺流程短,易于操作,且操作过程中使用的设备均为工业通用设备,成本低,可推广性强。
3、本发明方法经济效益高,具有良好的市场前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施,现给出详细的实施方式和具体的操作过程,来说明本发明具有创造性,但本发明的保护范围不限于以下的实施例。
实施例1 一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法,包括如下步骤:
1)预处理:采用硅含量11%、余量为铝的铝合金为原料,在氩气的气氛下,加热使炉内的铝合金原料熔化,得到铝合金熔体;其中,控制熔炼炉内压力为常压,温度为700℃,加热时间为30 min,保温时间10 min。
2)吹气搅拌定向凝固处理:采用从上往下吹入氩气的方式,对步骤1)铝合金熔体进行搅拌,同时控制反应装置,使熔体向下进行定向凝固处理,将熔体冷却至液相线温度,获得高品质铝合金。其中,控制吹气深度离熔体底部2 cm,气流量为100 mL/s,控制下拉速度为100 μm/s。
采用本实施例方法除氢率为91.3%,所获得高品质的铝合金气孔率为0.10%,抗拉强度提升93.1%。
实施例2 一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法,包括如下步骤:
1)预处理:采用硅含量9%、铜含量1.5%,镁含量0.5%、钛含量0.2%、余量为铝的铝合金为原料,在氮气的气氛下,加热使炉内的铝合金原料熔化,得到铝合金熔体;其中,控制熔炼炉内压力为常压、温度为600℃,加热时间为35 min,保温时间20 min。
2)吹气搅拌定向凝固处理:采用从上往下吹入氩气的方式,对步骤1)铝合金熔体进行搅拌,同时控制反应装置,使熔体向下进行定向凝固处理,将熔体冷却至液相线温度,获得高品质铝合金;其中,控制吹气深度离熔体底部5 cm,气流量为500 mL/s,控制下拉速度为500 μm/s。
采用本实施例方法除氢率为90.1%,所获得高品质的铝合金气孔率为0.14%,抗拉强度提升91.0%。
实施例3 一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法,包括如下步骤:
1)预处理:采用硅含量7%、铜含量2%,镁含量0.3%、余量为铝的铝合金为原料,在氩气的气氛下,加热使炉内的铝合金原料熔化,得到铝合金熔体;其中,控制熔炼炉内压力为常压,温度为800℃,加热时间为20 min,保温时间25 min。
2)吹气搅拌定向凝固处理:采用从上往下吹入氩气的方式,对步骤1)铝合金熔体进行搅拌,同时控制反应装置,使熔体向下进行定向凝固处理,将熔体冷却至液相线温度,获得高品质铝合金;其中,控制吹气深度离熔体底部4 cm,气流量为1000 mL/s,控制下拉速度为300 μm/s。
采用本实施例方法除氢率为90.8%,所获得高品质的铝合金气孔率为0.12%,抗拉强度提升92.3%。
实施例4 一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法,包括如下步骤:
1)预处理:采用硅含量8%、铜含量1.8%、镁含量0.4%,余量为铝的铝合金为原料,在氩气的气氛下,加热使炉内的铝合金原料融化,得到铝合金熔体;其中,控制炉内压力为常压,温度为700℃,加热时间为10 min,保温时间为10 min。
2)吹气搅拌定向凝固处理:采用从上往下吹入氩气的方式,对步骤1)铝合金熔体进行搅拌,同时控制反应装置,使熔体向下进行定向凝固处理,将熔体冷却至液相线温度,获得高品质铝合金;其中,控制吹气深度离熔体底部3 cm,气流量为100 mL/s,控制下拉速度为200 μm/s。
采用本实施例方法除氢率为91%,所获得高品质的铝合金气孔率为0.11%,抗拉强度提升92.6%。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)预处理:将铝合金原料置于熔炼炉内,在氮气或惰性气体的气氛下,加热使炉内的铝合金原料熔化,得到铝合金熔体;其中,控制熔炼炉内压力为常压,温度为550~2000℃,加热时间为30 min,保温时间为10 min;所述铝合金原料为硅含量9%、铜含量1.5%、镁含量0.5%、钛含量0.2%、余量为铝的铝合金或硅含量11%、余量为铝的铝合金;
2)吹气搅拌定向凝固处理:采用从上往下吹入氮气或惰性气体的方式,对步骤1)所述铝合金熔体进行吹气搅拌,同时进行向下定向凝固处理,将铝合金熔体冷却至液相线温度,达到脱气作用,获得高纯铝合金;其中,控制吹气搅拌的吹气深度距铝合金熔体底部2cm,气流量为100 mL/s,控制定向凝固的下拉速度为1~12000 μm/s。
2.根据权利要求1所述吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法,其特征在于,所述惰性气体为氩气。
3.根据权利要求1所述吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法,其特征在于,步骤1)中温度为700℃。
4. 根据权利要求1所述吹气搅拌定向脱除铝合金中氢气的方法,其特征在于,步骤2)中控制定向凝固的下拉速度为100 μm/s。
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