[发明专利]一种铝铬合金及其粉末冶金成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金成型领域，尤其涉及铝铬合金及其粉末冶金成型方法。

背景技术

目前的中华人民共和国有色金属行业标准中，关于铝铬中间合金的标准，只有铝铬中间合金 AlCr₂，铝铬中间合金 AlCr₂的成分标准 ：Cr 含量为 2.0-3.0wt％，余量为 Al，杂质 Cu 含量≤ 0.2wt％、Fe含量≤ 0.5wt％、熔化温度为900-1000℃，易偏析 ；国标规定其生产工艺为：以铝锭和铬为原料，首先熔化铝锭，再加入铬，当达到铬的熔炼温度时，人工搅拌，作低倍分析，检验合格，浇铸。采用国标生产工艺制得的铝铬中间合金的铬含量较低，且由于铬元素较活泼，该合金易发生偏析。在国内已申请的相关专利中，专利《一种铝铬中间合金及其制备方法》（申请号：200910028727.X，公开日：2009-01-09）公开了一种铝铬中间合金及其制备方法，但在其生产过程中，由于没有真空环境，除气、除杂质不充分；由于没有对熔炼的坩埚材料进行限制，可能采用常规的铸铁坩埚，这样会导致杂质铁的含量难以控制，由于采用的是非真空熔炼，且没有采用电磁搅拌设备和粉末化工艺，其原始晶粒不够细化，这就导致最终成品的铝铬合金在作为晶粒细化剂时能提供的形核数量少、分布不均匀、长成的晶粒尺寸大，同时，由于没有采用粉末冶金的方式，无法采用铬过饱合的配比（过饱合的话极易偏析，会导致中间合金锭成分不均匀，应用时称量不准确），因此铬含量低，即产品的效率较低；另一方面，该发明采用的方法与常规方法比，仍会产生难以处理的废气、废渣，且由于没有采用高效设备，整个工艺过程不易控制、最终制成的铝铬合金质量不稳定。专利《一种铝铬中间合金 AlCr20及其制备方法》（申请号：201510191542.6，公开日：2015-07-29）公开了一种采用铬配比过饱合的配方进行生产，但由于没有粉末化工艺，其偏析难以保证，而且由于直接采用高温电炉进行熔炼，金属液氧化程度必然高，而且升温至1865℃-1890℃，铝早已过烧或气化，已经无法继续冶炼了。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种杂质含量低、晶粒细、成份均匀、铬硼含量高的铝铬合金及纯净度高、无污染物、无废气、易于控制、质量稳定、成品率高的冶金方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种铝铬合金粉末冶金成型方法，包括以下步骤：

1）原材料、辅材、工装及设备的准备

①按如下重量份准备原材料：纯度不低于99.95%的铝锭70份-75份、纯度不低于99.97%的铬金属粉末25-30份；

②准备如下辅材：气体雾化用高纯氩气；

③准备如下工装：铜制坩埚，该坩埚内设置有循环水通道；雾化工装，该工装采用陶瓷材料制作；石墨坩埚，该石墨坩埚为下出口坩埚，下出口处设置有出口阀；模具，该模具采用不锈钢制作；

④准备如下设备：真空感应熔炼炉，该真空感应熔炼炉内设置有电磁搅拌装置；气体雾化设备；真空热等静压炉；

⑤上述所有工装及除真空感应熔炼炉之外的设备均设置在真空感应熔炼炉的炉腔内；

2）合金的真空感应熔炼

①将1）中步骤①准备的原材料放入石墨坩埚，获得熔池；

②将设置在石墨坩埚周围的感应装置与电源接通，待熔池内的原材料熔化后，开启电磁搅拌装置进行除气与均匀化处理，熔池内温度保持为820℃-850℃，保温40min-50 min，获得熔炼完成的母合金液；

3）母合金粉末的制备

①将1）中步骤②准备的气体雾化用高纯氩气气源与1）中步骤④准备的气体雾化设备连接；将1）中步骤③准备的雾化工装安装在气体雾化设备喷气口；将1）中步骤③准备的铜制坩埚固定在与雾化工装出口处气流对应区域，并在铜制坩埚内通入循环水；

②开启气源开关、开启气体雾化设备，保持气压5MPa-6MPa；

③缓慢打开设置在石墨坩埚下出口处的出口阀，至母合金液呈液滴形态均匀滴落，落入雾化工装上部的管道中；高纯氩气在气压作用下吹散母合金液形成的液滴，形成雾化液，并带着其沿固定轨迹运动，雾化液喷出；

④喷出的雾化液沿固定轨迹喷入内部有循环水循环冷却的铜制坩埚，并在铜制坩埚内急冷成细微颗粒，待所有母合金液雾化完毕后，收集铜制坩埚内的细微颗粒，即获得所需母合金粉末；

4）粉末冶金成型

①将3）中步骤④获得的母合金粉末搅拌均匀后填充满1）中步骤③准备的模具中；