环保型铝合金元素添加剂的研究与应用探究

[摘要]本文在分析对比了两代产品优缺点的基础上，经过大量的试验研究，研制出了新一代环保型铝合金元素添加剂。

[关键词]铝合金；环保；添加剂

一、合金元素传统添加方法

早期的合金元素添加工艺是茌铝合金生产前预先配制好所需的铝基中间合金，如铝硅中间合金（含硅量19%～21%）、铝铁中间合金（含铁量18%～22%）、铝锰中间合金（含锰量9%-11%）等，这种方法具有操作简便、加入量准确、合金成分便于控制等优点.但是中间合金生产时的能耗很高，特别是在铝合金配制过程中增加了合金元素的损耗，浪费极大。因此，西方发达国家在20世纪70年代就淘汰了这种落后的元素添加工艺.发展了以金属添加剂——铁剂、锰剂、硅剂、铬剂、铜剂、钛剂方式直接加入的新技术.这种技术直到20世纪90年代初才在我国开始应用。金属添加剂是用75%的纯金属粉末和25%的助熔剂（由氯盐、硝酸盐、氟盐和碳酸盐组成）充分混合压制而成，它虽然解决了以铝基中间合金方式添加的缺点.但难以解决其自身溶解温度高、吸收率低、吸收率不稳定和助熔剂产生的环保问题.使该技术的推广和应用受到了限制。

二、环保型铝合金元素添加剂的研究内容及生产方法

1.研究内容

1.1环保型铝合金元素添加剂的合金化原理

当装有添加剂的铝质罐体投入铝熔体后.如果其比重大于铝液.铝罐会逐渐向炉底移动.铝质罐体一旦熔化.金属元素添加剂中的铝粉燃烧，为金属粉末的扩散提供动能。这时经过活化处理且具有非常大比表面积的纯金属粉末在铝熔体中迅速溶解扩散。金属细粉粒表面开始与铝熔体接触时.该合金元素在铝熔体各处有浓度差，促使元素在铝熔体中的浓度有趋于平衡的倾向。经过一定时间后.熔体中的合金元素浓度达到平衡状态。这就是添加剂的合金化原理。

1.2金属粉末的纯度、粒度、生产方法对合金元素吸收率的影响

试验表明。金属粉末纯度过低、粒度过大或过小都将影响它在铝液中的溶解和扩散速度.导致合金元素的吸收率低且不稳定.合金化效果不理想。为了防止金属粉末表面氧化.提高其表面活性.金属粉末必须为工业纯金属.熔体采用保护性气体介质进行雾化制取。金属粉末的质量须达到如下标准：铁粉质量要求（质量分数，%，下同）：≥98Fe，杂质<0.35Mn，<0.14Si，<0.42H，粒度100目。锰粉质量要求：≥99.5Mn.杂质

1.3添加剂中铝粉所占比例对合金元素吸收率的影响

添加剂中铝粉所占比例越高合金元素的吸收率就越高.但生产成本增加。为了确保合金元素的吸收率达到99%以上，试验表明，添加剂中铝粉的比例应为5%（质量百分比）。

1.4研究添加剂包装方式对合金元素吸收率的影响

金属粉末粒度越细。则比表面积越大.活性越高.表面越容易氧化。氧化后的添加剂会降低合金化程度.严重影响铝合金的质量。考虑到添加剂的运输和存放时间.产品至少要确保在4个月内不被氧化.添加剂采取真空包装是唯一可行的选择。

1.5添加剂的使用方法

当铝液温度超过700℃时。需要精心扒干净铝液表面的浮渣，之后再将铝质罐体添加剂投入铝液中。为使台金元素充分溶解扩散.试验结果表明，10t及1 0t以下的熔炼炉必须在添加剂投入后静止20min。然后充分搅拌10min；10t以上的熔炼炉则须静止25min后充分搅拌15min.只有这样才能确保元素吸收率超过99%。

2.生产方法

通过研究分析.最后确定的添加剂的生产方案为：95%的金属粉末和5%纯铝粉充分混合均匀.用真空包装的方法将混合好的添加剂装入铝质罐体中。每罐2000g。并且要求每罐产品的密度必须大于3.5g/cm3。

三、环保型铝合金元素添加剂工业应用试验情况及分析

1.添加剂的化学成分

配制成的铁剂、锰剂、铬剂、铜剂化学成分分析结果及粒度如表1所示。

2.铁添加剂工业应用试验情况

2.1试验条件

在容量为10t的熔炼炉中用A00铝锭生产热轧板坯8011铝合金。

2.2试验过程

8011铝合金中铁含量为0.6%～1.0%.试验控制含量为O.8%。铁添加剂加入前先分析铝液中的铁含量.由此计算出铁含量达到0.8%所需的铁添加剂量。按2.1.5确定的使用方法认真操作，共试验3个炉次，其试验参数如表2所示。

3.试验结果与分析

熔体加入铁添加剂前、后的含铁量分析结果如表3所示，添加过程无烟无味。结果表明，铁含量稳定在0.795%左右.最低吸收率为99.3%。对3个炉次所生产的热轧板坯进行表面和力学性能检测，完全符合YS/T91-1995要求。

结语：

大量的试验表明.研制的环保型铝合金元素添加剂质量稳定，用其进行铝合金化处理时操作简便，容易控制和调整合金成分，解决了用中间合金和有助熔剂添加剂合金化的缺点.具有很好的推广前景。

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