一种Al-B-RE中间合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Al-B-RE中间合金的制备方法，具体为：首先在中频感应炉内氟硼酸钾和铝液的合金化反应，然后添加稀土元素，再除渣、除气，最后浇铸即得。本发明专利技术采用较低的KBF4和铝液的合金化温度(680-720℃)，并控制了加料速度，减少了KBF4的挥发，而边加料边搅拌，能够使KBF4均匀的分布在反应界面，避免因KBF4的堆积而造成局部过热、生成物偏析等问题，又能够增加KBF4化学反应速度和程度，从而提高了B实收率，降低了生产成本。同时，本发明专利技术控制整个制备过程的温度，并在铝液上铺钾冰晶石粉末作为过渡层，使KBF4原料均匀的与铝液发生反应，避免了Al液局部位置发生剧烈化学反应而带来的急剧升温现象，从而有效抑制了AlB2向AlB12相的转变行为。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种Al-B-RE中间合金的制备方法，属于新材料
中材料及冶金

技术介绍
铝(Al)，原子序数13，原子量27，为银白色轻金属，熔点约660℃，沸点2327℃，密度2.7g/cm3，具有较强的韧性和抗拉强度、优良的导电性。与传统导电材料金属铜相比，电导率是铜的62％，但密度仅为铜的33％。在电阻相同的条件下，铜和铝的体积比为0.618，重量比为2.03，因此用铝代替铜作为导电材料已经获得越来越多的应用。然而众所周知，工业纯铝中通常含有一定数量的杂质元素，如Si、Fe、Ti、V、Cr、Zr、Mn等，这些元素以溶解状态存在于固溶体中，易吸收导电材料的自由电子，以填充它们尚未填满的电子壳层，从而导致材料的导电性大幅下降。为了消除这些元素对铝导电性的影响，一般需要进行净化处理除去这些杂质元素，即，在铝熔炼时通过添加特殊元素，使其与杂质元素发生化学反应，生成一些不溶性化合物，从而达到清除杂质，提高铝导电性的目的。目前，净化处理中使用最多的是硼和稀土元素，其添加方式多样，如电解槽中直接电解稀土或硼砂、熔炼炉内加硼盐(KBF4)等，其中以中间合金(Al-B、Al-RE)方式进行添加具有操作简单方便、添加量易控制、不产生烟雾、不污染电解槽、不侵蚀耐火材料等优点，因而成为目前工业上最主要的添加方式。大量的研究表明，硼和稀土均对铝熔体中杂质元素有很好的净化作用，但是在实际工业运用中总是被单一使用，致使净化效果未能达到极致，而实际上，这两种元素在杂质元素的净化过程中具有很好的互补效应，其中，硼对于Ti、V、Cr、Mn等过渡族元素具有很强的作用，能形成高熔点、大密度的硼化合物，之后通过静置沉降或过滤进行除去；稀土对过渡族元素杂质的作用很小，但对于Fe和Si具有非常明显的作用，而且还可以显著提高导电材料的力学、耐腐蚀及耐热等性能，因此，如果能把这两种元素同时进行添加，将使铝在导电过程中的各种性能得到很好的提升。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种Al-B-RE中间合金的制备方法，该方法制备的Al-B-RE中间合金杂质少、B实收率高。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种Al-B-RE中间合金的制备方法，首先在中频感应炉内氟硼酸钾和铝液的合金化反应，然后添加稀土元素，再除渣、除气，最后浇铸即得，具体步骤如下：(1)原料配制：按照Al-B-RE中间合金的比例计算各原料的重量，称取备用；(2)纯铝熔化：在中频感应炉内将称取的铝锭加热至680～720℃，直至铝锭完全熔化成铝液；(3)添加钾冰晶石粉末：在铝液表面中铺上钾冰晶石粉末；(4)KBF4第一次加料：当钾冰晶石粉末全部熔化后，边机械搅拌边向铝液中第一次加入KBF4，第一次KBF4加入量为KBF4总加入重量的65～75％；加料速度控制在15～20kg/min，以降低KBF4的挥发；加入KBF4结束后继续机械搅拌3～8min，然后静置5～15min，使KBF4充分反应；(5)清除渣层：将KBF4和铝液反应后产生的渣液倒掉一部分，得到熔体；(6)KBF4第二次加料：边机械搅拌边向熔体中第二次加入KBF4，第二次KBF4加入量为第一次加入KBF4后剩余的KBF4，加入速度控制在10～15kg/min，以降低KBF4的挥发；第二次加入KBF4结束后，继续机械搅拌3～5min，然后静置5～15min；(7)表面渣层处理：将中频感应炉升温至800～850℃，保温，机械搅拌3～5min，然后清除熔体表面渣层；(8)除气和除渣处理：用石墨管通氩气或氮气，通气量以让熔体从下至上连续翻滚沸腾为宜，熔体里的残渣会不断浮出表面；通气3～5min后，移除石墨管，关闭气源，将表面浮出的残渣清除掉；(9)添加稀土合金：将预热至400～500℃的Al-10RE中间合金块加入熔体中，待Al-10RE中间合金块完全熔化后，机械搅拌3～8min；(10)二次除气、除渣及浇注：利用高速旋转除气机，通氩气对熔体进行除气5～10min，夹杂在熔体内部的渣会自动浮在表面，之后将这些浮渣清除掉，浇注，得到纯净的Al-B-RE中间合金。步骤(3)中钾冰晶石粉末用量为铝液总重量的1.5～2.5％。所述Al-Ti-B中间合金生产过程中产生的副产物—钾冰晶石粉末中为KAlF4和K3AlF6质量比3～3.2:1的混合物。所述钾冰晶石粉末中还含有Ti元素，Ti元素的质量分数为0.05％以下。步骤(5)中倒掉渣液的量为第一次KBF4加入重量的70～73％。步骤(7)表面渣层处理过程中加入CaF2辅助清除渣层，CaF2的加入量为KBF4总加入重量的1～1.5％。所述石墨管的孔径为20mm。本专利技术有益效果：1、高B实收率(80％以上)。传统氟盐法制备Al-B中间合金时，温度高，KBF4的挥发量大，而且氧化烧损严重，导致B元素的实收率低。本专利技术采用较低的KBF4和铝液的合金化温度(680-720℃)，并控制了加料速度，减少了KBF4的挥发，而边加料边搅拌，能够使KBF4均匀的分布在反应界面，避免因KBF4的堆积而造成局部过热、生成物偏析等问题，又能够增加KBF4化学反应速度和程度，从而提高了B实收率，降低了生产成本。2、熔体流动性好。在合金化反应之前于铝液表面先铺上一层钾冰晶石粉末，该粉末熔化后在铝液表面形成一层水渣，该水渣一方面可以改善KBF4和铝液反应后生成渣的粘稠性，促进铝液和渣的分离；另一方面它处于铝液和KBF4原料之间，可以起到KBF4原料过渡层的目的，使KBF4原料均匀的与铝液发生反应，避免了Al液局部位置发生剧烈化学反应而带来的急剧升温现象，从而有效抑制了AlB2向AlB12相的转变行为。此外，由于该钾冰晶石粉末是在Al-Ti-B中间合金生产过程中产生的副产物，因此粉末里面拥有少量的Ti元素。这部分Ti正好可以破坏AlB2的网状构造，改善熔体的流动性，保证后期的除渣和浇注过程的顺利进行，同时，因为这部分的Ti元素含量比较低，所以又不会影响最后Al-B中间合金的杂质元素总含量。3、质量高。本专利技术在中频感应炉内反应，利用中频感应炉的电磁搅拌作用并伴以加料时的机械搅拌，不仅破碎了一些大尺寸的AlB2和Al4RE颗粒，使整体AlB2和Al4RE颗粒尺寸减小，并且分布均匀，有效防止了AlB2和Al4RE颗粒的团聚现象，消除偏析，有效提高了Al-B-RE中间合金的质量。4、稀土烧损少。添加Al-10RE中间合金时，先将其预热至400℃-500℃，使其熔化时间<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Al‑B‑RE中间合金的制备方法，其特征在于，首先在中频感应炉内氟硼酸钾和铝液的合金化反应，然后添加稀土元素，再除渣、除气，最后浇铸即得，具体步骤如下：(1)原料配制：按照Al‑B‑RE中间合金的比例计算各原料的重量，称取备用；(2)纯铝熔化：在中频感应炉内将称取的铝锭加热至680～720℃，直至铝锭完全熔化成铝液；(3)添加钾冰晶石粉末：在铝液表面中铺上钾冰晶石粉末；(4)KBF4第一次加料：当钾冰晶石粉末全部熔化后，边机械搅拌边向铝液中第一次加入KBF4，第一次KBF4加入量为KBF4总加入重量的65～75％；加料速度控制在15～20kg/min，以降低KBF4的挥发；加入KBF4结束后继续机械搅拌3～8min，然后静置5～15min，使KBF4充分反应；(5)清除渣层：将KBF4和铝液反应后产生的渣液倒掉一部分，得到熔体；(6)KBF4第二次加料：边机械搅拌边向熔体中第二次加入KBF4，第二次KBF4加入量为第一次加入KBF4后剩余的KBF4，加入速度控制在10～15kg/min，以降低KBF4的挥发；第二次加入KBF4结束后，继续机械搅拌3～5min，然后静置5～15min；(7)表面渣层处理：将中频感应炉升温至800～850℃，保温，机械搅拌3～5min，然后清除熔体表面渣层；(8)除气和除渣处理：用石墨管通氩气或氮气，通气量以让熔体从下至上连续翻滚沸腾为宜，熔体里的残渣会不断浮出表面；通气3～5min后，移除石墨管，关闭气源，将表面浮出的残渣清除掉；(9)添加稀土合金：将预热至400～500℃的Al‑10RE中间合金块加入熔体中，待Al‑10RE中间合金块完全熔化后，机械搅拌3～8min；(10)二次除气、除渣及浇注：利用高速旋转除气机，通氩气对熔体进行除气5～10min，夹杂在熔体内部的渣会自动浮在表面，之后将这些浮渣清除掉，浇注，得到纯净的Al‑B‑RE中间合金。...

【技术特征摘要】
1.一种Al-B-RE中间合金的制备方法，其特征在于，首先在中频感应炉内氟硼酸钾和铝
液的合金化反应，然后添加稀土元素，再除渣、除气，最后浇铸即得，具体步骤如下：
(1)原料配制：按照Al-B-RE中间合金的比例计算各原料的重量，称取备用；
(2)纯铝熔化：在中频感应炉内将称取的铝锭加热至680～720℃，直至铝锭完全熔化
成铝液；
(3)添加钾冰晶石粉末：在铝液表面中铺上钾冰晶石粉末；
(4)KBF4第一次加料：当钾冰晶石粉末全部熔化后，边机械搅拌边向铝液中第一次加
入KBF4，第一次KBF4加入量为KBF4总加入重量的65～75％；加料速度控制在15～20kg/min，
以降低KBF4的挥发；加入KBF4结束后继续机械搅拌3～8min，然后静置5～15min，使KBF4充分反应；
(5)清除渣层：将KBF4和铝液反应后产生的渣液倒掉一部分，得到熔体；
(6)KBF4第二次加料：边机械搅拌边向熔体中第二次加入KBF4，第二次KBF4加入量
为第一次加入KBF4后剩余的KBF4，加入速度控制在10～15kg/min，以降低KBF4的挥发；第
二次加入KBF4结束后，继续机械搅拌3～5min，然后静置5～15min；
(7)表面渣层处理：将中频感应炉升温至800～850℃，保温，机械搅拌3～5min，然后
清除熔体表面渣层；
(8)除气和除渣处理：用石墨管通氩气或氮气，通气量以让熔体从下至上连续翻滚沸腾
为宜，熔体里的残渣会不断浮出表面；通气3～5mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖成伟，陈闻天，陈欢，陈勇刚，
申请(专利权)人：永城金联星铝合金有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41