[发明专利]一种三氯化金变质的高性能铝合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法，特别涉及一种三氯化金变质的高性能铝合金材料及其制备方法。

背景技术

变质作用能够极大地提高铝合金的综合机械性能和化学稳定性指标，有时甚至是颠覆性的。能够产生变质作用的物质称为变质剂。

目前几乎所有的变质剂都集中在一种技术手段上：以铝为基体生产含有变质元素的中间合金，再在铝合金熔炼时把中间合金加入熔体中。

这一过程产生了两个于节能不利的环节：①含有高浓度变质元素的中间合金的熔铸环节，往往需要很高的温度(＞1000℃，如Al-Ti-B、Al-RE、Al-Si、Al-Sc、Al-V、Al-Cr、Al-Mn、Al-Co、Al-Ni、Al-W、Al-Zr等)；②铝合金熔炼时加入中间合金，“溶解”并“稀释”变质元素，再铸造。

对铝合金生产来说，上述过程相当于多了一个“熔炼—铸造”环节，而中间合金中大量的铝只起到储存变质元素的作用，其所消耗的能量完全是无效的。

目前，通过已有的Al-贵金属合金可以看出此类合金具有不同寻常的室温塑性、力学性能和优异的抗蠕变能力，使之能够应用于高温、高磨损等较为苛刻的环境，由于目前航天工业和汽车工业对铝合金的要求越来越高，所以贵金属也被加入到铝合金的成分中，而对于贵金属而言，其熔点高，直接加入热损失大，而冶炼Al-贵金属的中间合金也比较困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对目前铝合金变质剂存在的缺陷，以AuCl₃晶体细粉作为高效变质剂，以流态化方式随保护性气体加入到合金熔体中，通过与铝合金熔体发生化学反应或高温分解而释放出原子或离子状态的变质元素Au，实现基体和金属化合物相的晶粒细化；并在铝合金生产中的取代中间合金，减少中间环节，节能降耗。

本发明的一种三氯化金变质的高性能铝合金材料，按重量百分比计，该合金成分为Cu:3.8～4.3%，Mn:0.5~1.0%，Mg:≤0.05%，Be:0.001~0.005%，Zn:≤0.1%，Ti: 0.03~0.15%，Si：≤0.50%，Fe：≤0.50%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.03%，合计≤0.15%；金变质剂AuCl₃为炉料总量的1ppm～0.1%。

本发明的所述的一种三氯化金变质的高性能铝合金材料，金变质剂的分子晶体聚集态颗粒度为20～100目。

本发明所述的一种三氯化金变质的高性能铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：在上述元素比例范围内，选定一组元素和金变质剂AuCl₃比例，再根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种单质金属的质量，编制合金生产配料表，并按配料表选足备料；

步骤二：往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；

步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体对熔体进行除气作业，同时使金变质剂AuCl₃以流态化方式随保护性气体加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体至变质剂反应完毕；

步骤六：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500㎜以上的大型扁锭和直径500㎜以上的圆棒。

本发明所述的一种金变质的高性能铝合金材料的制备方法，在步骤五中，保护性气体是指氮气、氩气或氮气与氩气的混合气体。

与现有技术相比，本发明具有如下主要优点：

（1）   取代中间合金，降低生产成本。

金的熔点:1064℃，制备中间合金的设备投入大，能量消耗大，且金在铝中的溶解度较小，熔炼中间合金易产生偏析；用三氯化金以流态的方式加入，很好地取代中间合金存在的一系列问题，使铝合金制造企业不再受制于中间合金生产商，有利于创建“近成型、短流程”的集约生产线，节能降耗，降低综合成本。

（2）   AuCl₃的细化作用和去氢净化作用。