一种低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的方法技术

本发明专利技术涉及一种低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的方法，属于铝合金标准样品研制领域。铝合金光谱标准样品合金原料在惰性气体保护下熔化后依次进行立体式复合强电磁搅拌、合金化、静置、调整、立体式复合弱电磁搅拌和精炼等过程；然后通过半连续急冷快速铸造与电磁搅拌相配合的工艺制备出一定规格的标样铸锭；最后辅以适当的均匀化处理获得标准规格铝合金光谱标准样品。该铝合金光谱标准样品制备方法流程短、成本低；制备的铝合金标准样品合金元素含量准确、化学成分均匀、晶粒细小圆整。

Method for preparing high quality aluminium alloy spectrum standard sample at low cost

The invention relates to a method for preparing a standard sample of high quality aluminum alloy spectrum at low cost, belonging to the field of aluminum alloy standard sample development. Aluminum Alloy spectrum standard samples of alloy material melting under the protection of inert gas in three-dimensional complex strong electromagnetic stirring, alloying, static, and adjustment process of three-dimensional composite weak electromagnetic stirring and refining; and then through the semi continuous casting process for rapid quenching combined with electromagnetic stirring to produce some samples of ingot specifications; finally with the appropriate homogenization treatment to obtain standard Aluminum Alloy spectral standard sample. The preparation process of the standard sample of the aluminum alloy spectrum is short and the cost is low; the aluminum alloy standard sample has the advantages of accurate alloy content, uniform chemical composition, small crystal grain and round shape.

【技术实现步骤摘要】
一种低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的方法
本专利技术属于铝合金标准样品研制领域，特别涉及一种低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的方法。
技术介绍
随着社会进步和科技发展对铝合金材料性能要求的不断提高，研发和生产满足不同使用条件的高品质铝合金愈发重要。铝合金的化学成分是铝合金最基本、最重要的技术指标，对铝合金性能起着至关重要的作用，因此要获得高性能铝合金材料就必须能够准确地调整和控制包括主元素、添加元素和微量杂质元素在内的各元素化学成分，而要准确调控各元素的化学成分就必须要有相应的高质量的化学成分均匀、定值准确的高品质标准样品。作为一种特殊功能的铝合金材料，铝合金标准样品是铝合金生产和研发过程中化学成分的调控，最终成品化学成分的确定，分析仪器的调试、校准，分析方法的评定和商检等环节必不可少的工具，也是制备高质量铝合金材料所必需的技术保障。我国铝合金标准样品的制备技术虽有长足发展，但与铝合金化学成分向高合金化、最佳化、高纯化发展的趋势以及化学成分控制越来越严、越来越高的需要相比，仍存在很大不足。标准样品品种不全，高合金化铝合金标样质量低、成分偏析且控制元素数量少，制备工艺流程长、成本高等不足都是目前铝合金标准领域急需解决的难题。为了解决这些难题，提高铝合金标准样品制备技术，国内外都进行了研究。中国专利CN101294875公开了一种多元素铝合金标准样品的制备方法，依次经过配料、熔炼、铸造、均匀化处理、挤压和后加工处理而制得。该方法主要采用传统熔铸方式，从元素加入状态与加入方法入手以期解决标样化学成分均匀性问题，但是采用该制备方法制备的标准样品仍然存在成分的不均匀性。难以满足铝合金标准样品对成分均匀的苛刻要求。而且采用此方法制备标准样品流程长、成品率很低且无法保证标准样品质量的稳定性。中国专利CN102095627公开了一种铸造铝合金光谱标准样品及其制备方法，该方法采用加入细化剂的方式制备了ZLD205A合金的光谱标准样品，但其只能制备含有特定成分的铝合金标样，使用范围狭窄，同样，也没有从根本上解决成分的不均匀性。日本专利JP2014077669公开了一种铝合金发射光谱分析标准样品的参考标准及制备方法，主要是根据铝合金成分光谱分析原理针对标样制备过程的监控提出更高的要求，对缩短制备流程、降低制备成本等方面没有涉及。
技术实现思路
为了克服铝合金标准样品制备技术难点，满足标准样品成分组织均匀性、准确性和稳定性等主要技术指标，急需开发高质量高效率的铝合金标准样品制备工艺。为此，本专利技术提出了一种低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的方法，采用该方法可以大幅度缩短铝合金光谱标准样品的制备流程，降低成本，提高各元素化学成分均匀性和准确性，高效率制备高品质铝合金光谱标准样品。本专利技术方法的提出是基于以下研究和发现，即国内铝合金标准样品存在不足的主要原因在于我国熔铸技术水平较低，无法制备化学成分均匀、晶粒形貌圆整、尺寸细小一致的高品质铝合金标样铸锭。如果铸锭组织中存在成分偏析、晶粒粗大以及气孔夹杂等缺陷，轻者降低标样成品率，增加成本；重者直接报废，后续加工亦无济于事。本专利技术的主要技术原理：分别在铝合金熔炼过程铸造过程中采用外场搅拌，保证铝合金熔体在熔炼和铸造过程中成分、组织的均匀性和一致性；再辅以后续的铸锭均匀化处理手段，最终获得高质量的成分、组织均匀的光谱标样。为实现低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的目的，采取的具体措施为：(1)首先制备符合设计要求且成分均匀的标样合金熔体，主要是将合金元素加入、合金元素成分调节、熔体精炼等过程配合一定强度和时间的电磁搅拌来完成，促进合金熔体在熔炼过程中成分均匀；(2)通过半连续急冷快速铸造配合一定强度的电磁搅拌制备出标准规格的铝合金光谱标样铸锭，使合金熔体在铸造凝固过程中成分保持均匀，晶粒细小，形貌完整；(3)铸锭均匀化处理后加工成标准规格光谱标样。基于上述技术原理，本专利技术的低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的方法，主要包括标样合金熔炼、铸造和均匀化处理等三个工序，具体制备工艺如下：(1)熔炼：将按设计要求准确计算称重的原材料加入中频炉内，在惰性气体保护下快速熔化，在熔炼温度T1时保温并进行立体式复合强电磁搅拌，时长Δt1，此时熔体在炉内存在向上的脉冲液流和周向的环流且表面无明显波动，此过程中添加需要保护的合金元素；然后静置时长Δt2，此时进行熔体化学成分调整；再将熔体继续加热至所需精炼温度T2，在温度T2保温的同时进行时长为Δt3的弱电磁搅拌，此过程中配合旋转喷吹惰性气体法进行熔体精炼；然后快速将熔体温度调整至浇注温度T3(T3′)准备连铸，此过程始终保持电磁搅拌；(2)铸造：配制完成的铝合金熔体经过泡沫陶瓷过滤板过滤后进行半连续快速急冷铸造，同时铸造四根Φ50或Φ60规格的标样铸锭；铸造过程中施加电磁搅拌，使标样合金熔体达到强制均匀凝固的效果；(3)均匀化处理：铸造结束后将标样铸锭进行一级(T4+Δt5)或二级(T4′，T4″+Δt5)均匀化处理，最后制成Φ50×30或者Φ60×30标准规格光谱标样。步骤(1)中，所述的熔炼温度T1为720～850℃，所述的静置时长Δt2为5～40min，所需精炼温度T2为680～760℃，所述的浇注温度T3(T3′)为690～830℃。所述的需要保护的合金元素是指易氧化、易烧损、易偏析且相对含量较少的合金元素。所述的立体式复合强电磁搅拌为由垂直方向的脉冲磁场和周向的交变磁场形成的立体式复合搅拌，在炉内形成向上的脉冲液流和周向的环流且表面无明显波动，脉冲磁场频率为1～30Hz，交变磁场频率为5～80Hz，搅拌电流为100～1000A，立体式复合强电磁搅拌的时长Δt1为10～60min。所述的弱电磁搅拌的搅拌电流为50～200A，搅拌的时长Δt3为10～30min。步骤(2)中，所述的铸造速度为200～400mm/min，单根铸锭冷却水量在6～20m3/h；急冷快速铸造过程中采用电磁搅拌，搅拌电流为20～100A，搅拌频率为5～80Hz。步骤(3)中，一级(T4+Δt5)均匀化处理为400～600℃下，保温2～20h；二级(T4′，T4″+Δt5)均匀化处理为460～550℃下，保温5～20h和200～300℃下，保温2～5h。本专利技术提供的低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的方法，它可以制备出化学元素含量准确、成分均匀性和光谱均匀性优异的各种高品质铝合金标样。本专利技术的优点是：1、工序流程短，效率高，制备成本低。相比传统的铝合金标样制备技术本专利技术仅有三步工序，省去后续繁琐加工程序，制备效率高；标样铸锭质量高，降低了废品率，制备成本低。2、本方法使用范围广，通用性强，可制备各种铝合金标样。多维度电磁外场的精确施加使熔铸过程中熔体的温度场、成分场趋于一致，解决了传统制备方法无法制备高硅铝合金以及高合金化高强铝合金标准样品的技术难题。3、标准样品品质好，质量稳定性高。传统铝合金标准样品的制备工艺繁琐且对熔体处理效果、铸造工艺波动等因素特别敏感，故标样质量也波动较大，本方法制备过程短、不稳定影响因素少，标样铸锭晶粒细小圆整、成分均匀一致，标样质量高。附图说明图1为低成本制备高品质铝合金光谱标准样品工艺流程图。图2为采用本方法制备的70本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的方法，包括如下步骤：(1)熔炼：将按设计要求计算称重准确的原材料加入中频炉内，在惰性气体保护下熔化，在所需熔炼温度下保温并进行立体式复合强电磁搅拌，此时熔体在炉内存在向上的脉冲液流和周向的环流且表面无明显波动，此过程中添加需要保护的合金元素；然后静置，进行熔体化学成分调整；再将熔体加热至精炼温度，保温同时进行弱电磁搅拌，此过程中配合旋转喷吹惰性气体法进行熔体精炼；然后快速将熔体温度调整至浇注温度准备连铸；(2)铸造：配制完成的铝合金熔体经过泡沫陶瓷过滤板过滤后进行半连续快速急冷铸造，同时铸造四根Φ50或Φ60规格的标样铸锭；铸造过程中施加电磁搅拌，使标样合金熔体达到强制均匀凝固的效果；(3)均匀化处理：铸造结束后将标样铸锭进行一级或二级均匀化处理，最后制成Φ50×30或者Φ60×30标准规格光谱标样。

【技术特征摘要】
1.一种低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的方法，包括如下步骤：(1)熔炼：将按设计要求计算称重准确的原材料加入中频炉内，在惰性气体保护下熔化，在所需熔炼温度下保温并进行立体式复合强电磁搅拌，此时熔体在炉内存在向上的脉冲液流和周向的环流且表面无明显波动，此过程中添加需要保护的合金元素；然后静置，进行熔体化学成分调整；再将熔体加热至精炼温度，保温同时进行弱电磁搅拌，此过程中配合旋转喷吹惰性气体法进行熔体精炼；然后快速将熔体温度调整至浇注温度准备连铸；(2)铸造：配制完成的铝合金熔体经过泡沫陶瓷过滤板过滤后进行半连续快速急冷铸造，同时铸造四根Φ50或Φ60规格的标样铸锭；铸造过程中施加电磁搅拌，使标样合金熔体达到强制均匀凝固的效果；(3)均匀化处理：铸造结束后将标样铸锭进行一级或二级均匀化处理，最后制成Φ50×30或者Φ60×30标准规格光谱标样。2.根据权利要求1所述的低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的方法，其特征在于：所述的熔炼温度为720～850℃，所述的静置时间为5～40min，所述的精炼温度为680～760℃，所述的浇注温度为690～830℃。3.根据权利要求1所述的低成本制备高品质铝合金光谱标准样品的方法，其特征在于：所述的立体式复合强电磁搅拌为由垂直方向的脉冲磁场和周向的交变磁场形成的立...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明伟，张志峰，徐骏，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11