一种针对Al-Si合金的精确控温实现无引入新杂质的除铁方法技术

本发明专利技术公开了一种针对Al

【技术实现步骤摘要】
一种针对Al
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Si合金的精确控温实现无引入新杂质的除铁方法


[0001]本专利技术涉及有色金属材料及冶金领域，具体涉及一种针对Al
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Si合金的精确控温实现无引入新杂质的除铁方法。

技术介绍

[0002]Al
‑
Si合金具有密度小，线膨胀系数低，尺寸稳定性和耐磨性好等优点，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气等领域，Fe是Al
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Si合金中主要的杂质元素，其来源主要可分为三个方面：(1)铝矿本身含有一定量的铁元素；(2)铝合金在加工过程中，铁质工具中的铁元素渗入铝熔体；(3)再生铝在循环利用过程中铁元素的不断积累。Fe在Al
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Si合金中通常以α
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AlFeSi相和β
‑
AlFeSi相等金属间化合物的形式存在。在铸件受力时割裂基体，成为裂纹的裂纹源和扩展源，显著影响合金力学性能。若铁含量从0.25wt.％升到1.00wt.％，将导致铝合金的延伸率降低40
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75％。
[0003]目前降低富Fe相危害的途径主要可分为两类：
[0004]第一类是通过改变铝合金内部富Fe相形态，以此来减小铁含量对合金的有害程度。通常加入中和元素，如Mn元素，来置换β
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AlFeSi中的Fe，使针状β
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AlFeSi相转变为骨骼状α
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Al(Mn,Fe)Si相。但这种方法只改变富Fe相的形态，不能在很大程度上降低铁含量。铁含量增加到一定值时，会制约再生铝合金的回收价值。此外，该方法不仅提高了生产成本，而且引入了新的元素。当中和元素添加过量时，也会导致合金力学性能下降。
[0005]第二类是降低铝合金内部铁含量。通常研究认为，当含铁量小于临界值(0.6wt.％)时，富Fe相会由β
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AlFeSi相转化为对力学性能危害较小的α
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AlFeSi相。该方法从本质上削弱了富Fe相的危害性，有利于高性能Al
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Si合金的发展以及再生铝的回收利用。
[0006]常见降低铁含量的方法有以下几种：
[0007]1、离心分离法，该方法存在的技术问题是操作复杂，并且不能连续处理；
[0008]2、电磁分离法，该方法存在的技术问题是对设备要求过高，导致生产成本高；
[0009]3、过滤法，该方法存在的技术问题是除铁效果受富Fe相尺寸影响很大；
[0010]4、溶剂法，该方法存在的技术问题是会引入新的杂质元素，影响合金熔体质量；
[0011]5、重力沉降法，通过物理沉降方法实现除铁效果，并且，操作流程简单，成本较低。
[0012]重力沉降法的基本原理为，根据在铝合金熔体中富Fe相的密度比铝熔体大，在一定的温度下静置，富Fe相受自身重力作用并克服铝合金熔体的粘附力而向下沉降，使得熔体上部铁含量降低。
[0013]例如，现有文献1(铝硅钛合金自然沉降除铁工艺[J].洛阳工学院学报,1999,(3):5
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7.)通过重力沉降法去除高铁Al
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Si
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Ti合金中的铁含量，使合金熔体在720℃、670℃、620℃分别保温0.5h、3h、5h、7h，但研究结果表明，合金上、下试样中的富Fe相数量几乎无变化。该技术方案表明，在不引入新的杂质元素的前提下，仅依靠重力沉降法无法实现有效降低铁含量。导致上述技术问题的原因是：合金熔体中富Fe相与其它物相同时析出时，富Fe相难
以沉降在底部。
[0014]为了实现除铁，本领域目前常见的解决方案是将溶剂法和重力沉降法相结合。
[0015]例如，现有文献2(Effect of Mn/Fe ratio on Fe removal efficiency and tensile ductility of an Al
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7.0Si
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2.4Fe alloy[J].Journal of Materials Research,2021,36:1357
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1366.)通过引入Mn元素调节Mn/Fe质量比，促进初生α
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Al
15
(FeMn)3Si2的形成，有利于富Fe相的重力沉降和去除，从而最终实现提高Al
‑
7Si
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2.4Fe合金的除铁效率。
[0016]又如，本专利技术课题组前期研究成果，现有文献3(CN115233016B，一种基于Al
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50Sn合金的铝熔体除铁方法)和现有文献4(CN115233004B，一种基于Al
‑
50Sn合金的Al
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Si合金除铁方法)通过引入Sn元素，形成Sn相附在富Fe相上，并且，高温下稳定存在，不分解，从而促使富Fe相发生沉降，聚集在底部，实现除铁效果，除铁率达到29.0
‑
43.0％。
[0017]上述现有文献2、现有文献3和现有文献4的技术方案虽然实现了有效降低铁含量，但均存在引入新的杂质元素的问题。
[0018]因此，通过上述对现有技术的分析可知，需要解决的技术问题是，单纯采用重力沉降法，在不引入新的杂质元素的情况下，仍然无法实现降低铁含量。

技术实现思路

[0019]本专利技术的目的是提供一种针对Al
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Si合金的精确控温实现无引入新杂质的除铁方法。针对现有技术存在的技术问题，采用以下方式来解决上述问题：
[0020]1、Si易于与Fe反应生成富Fe相，增加Si含量可使Al
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Si合金熔体中游离的Fe元素转变为固态富Fe相，凝固初生相由α
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Al相向富Fe相转变。通过Al
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Si
‑
Fe热力学数据库计算不同Si含量的Al
‑
Si
‑
Fe合金在不同温度下的等温截面图及平衡凝固路径，进而得到析出的富Fe相类型和相含量以及析出温度范围。
[0021]2、通过增加Si含量得到不同成分的Al
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Si合金，并使合金熔体温度保持在800℃，然后根据热力学计算结果及差示扫描量热法测定的DSC曲线结果，使合金熔体自800℃冷却并在一定温度静置保温一段时间，富Fe相受自身重力作用并克服合金熔体的粘附力而向下沉降，在熔体底部堆积，从而使得合金熔体上部得到净化，低于初始Al
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Si合金熔体中的铁含量。
[0022]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0023]一种针对Al
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Si合金的精确控温实现无引入新杂质的除铁方法，所述Al
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Si合金为高Fe含量的铝合金，通过调节Si含量，将Al
‑
Si合金熔体中游离的Fe元素转变为固态富Fe相后，基于重力沉降法，控制合金熔体在一定温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对Al
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Si合金的精确控温实现无引入新杂质的除铁方法，其特征在于：所述Al
‑
Si合金为高Fe含量的铝合金，通过调节Si含量，将Al
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Si合金熔体中游离的Fe元素转变为固态富Fe相后，基于重力沉降法，控制合金熔体在一定温度静置保温一段时间使富Fe相沉降至熔体底部，实现在不引入新的杂质元素前提下，降低Al
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Si合金中的铁含量，得到精确控温除铁后的Al
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Si合金。2.根据权利要求1所述的除铁方法，其特征在于：所述Al
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Si合金中，Fe含量为1.0
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1.4wt.％，所述调节Si含量的条件为，调节后Si含量为7.9
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13.3wt.％。3.根据权利要求1所述的除铁方法，其特征在于：所述富Fe相为β
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AlFeSi。4.根据权利要求1所述的除铁方法，其特征在于：所述保温温度为593
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613℃，保温时间为50
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70min。5.根据权利要求1所述的除铁方法，其特征在于：除铁率为24.0
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27.0％。6.根据权利要求1所述的除铁方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，Al
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Si合金熔体的制备，首先，以调节后Si含量满足一定质量范围，以高Fe含量的Al
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗群，李谦，朱龙飞，温海斌，张宇飞，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：