[发明专利]铝合金的铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金的铸造，具体的说，涉及含有镁和/或锂的对氧化敏感的合金的铸造。

背景技术

液态铝合金的氧化在铸造过程中会产生有害的结果。在熔炉和传送铸道(chenal de transfert)中金属的氧化首先会导致金属的净损耗，称为烧失量。另外，在铸造过程中，液态金属的过度氧化在铸锭上会产生表面缺陷，其对所制备的产品的使用具有不利作用。这些问题对含镁和/或锂的合金尤为显著。

一个主要的缺陷为在集液槽(marais)的表面尤其是由于氧化膜起皱而导致的垂直褶皱。在某些情况下，特别是铸造7xxx合金时，这个问题会特别严重，因为这些褶皱，尤其是当它们长且深时，容易导致表面出现裂纹。褶皱和裂纹一般必须在铸造过程中所得的铸锭变形之前消除。这些缺陷可以例如，通过机械加工来消除，这可能是一个很不经济的不令人满意的解决方案——不论在操作费用还是作为结果而出现的明显的金属损耗方面。在某些情况下，裂缝的存在使得铸锭不能用，并且必须重新熔融。

长期以来就已知，加入特定的元素可以限制氧化并改善表面的品质。

1943年，美国专利2,336,512描述了向含镁的铝合金中加入很少量的铍以限制液态金属表面的氧化。

国际申请WO 02/30822描述了用钙代替铍出于同样的限制氧化的目的。

但使用添加元素可导致其它的问题。例如，铍是有一定毒性的，这尤其是使得它不能用在用于食品包装的铝合金中。钙在热轧时可导致边缘破裂。

还提出了通过许多手段来保护液态金属的表面。

美国专利4,582,118提出使用一种非反应性并且不可燃的气氛，如氩、氦、氖、氪、氮或二氧化碳等的气氛，来铸造铝-锂合金。但使用这种方法是非常昂贵的。

专利申请EP 0109170A1描述了在铸造装置的周边使用挡板(chicane)，以向液态金属的表面吹惰性气体(通常为含或不含氯或其他卤素的氮气或氩气)。但这些气体用起来困难，并且显著增加了操作的成本。

在C.N.Cochran，D.L.Belitskus and D.L.Kinosz，Metallurgical Transactions B，Volume 8B，1977，pages 323-331中已知，也可以使用二氧化碳或燃烧气体来限制氧化。

专利申请EP 1964628A1描述了一种制造铝锭的方法，其中该方法的至少一步是在含有含氟气体的气氛中进行的。但是含氟气体用起来困难，而且对人员造成很大的风险。

美国专利5,415,220描述了铸造时使用氯化锂和氯化钾的熔融盐来保护铝-锂合金的表面。

但是采用熔融盐的缺点是，除了它们用起来困难外，液态金属有被杂质污染的危险。

美国专利7,267,158描述了在熔融金属的表面强制加入一种含有超过0.005kg/m³的水分的湿气，以改善铸锭的表面品质。但是，该方法的缺点在于水蒸气与液态铝互相接触，尽管水与液态铝之间的接触会导致爆炸的危险。

另外，由申请EP 0216393A1已知，可在液态铝处理包(poche)中使用干燥的空气，以阻止氢气在处理气体注入液态金属中并导致保护其表面的氧化物层破裂时渗透到该熔融金属中。

问题是找到这样一种铸造方法：适合于非常容易氧化的铝合金，尤其是含有镁和/或锂的铝合金；没有上述这些缺点，并且可以以完全安全的方式得到没有表面缺陷和污染的铸锭。

发明内容

本发明的第一个主题是一种含有至少约0.1％的镁和/或至少约0.1％的锂的铝合金的铸造方法，其中在凝固的大部分过程中，使所述合金的液态表面和一种干燥气体接触，该干燥气体含有至少约2体积％的氧气，且其水分压低于约150Pa。

本发明的第二个主题是在含有至少约0.1％的镁和/或至少约0.1％的锂的铝合金的铸造设备中，一种干燥气体在所述铝合金的液态表面以使其氧化程度最小化的用途，所述干燥气体含有至少约2体积％的氧气，且其水分压低于约150Pa。

附图说明

图1：一个半连续的立式铸造设备的示意图。

图2：一个包含干燥气体流的供应装置的半连续立式铸造设备的图。

图3：一个用于铸造板材的干燥气体流的供应装置的图。

图4：实施例1中所用热天平的图。

图5：实施例1中用合金7449所做实验中重量随时间增加的进展。

图6：实施例1中用合金AA5182所做实验中重量随时间增加的几何进展。