[发明专利]铝锂合金铸造中减少氢含量的方法

说明书

本发明涉及一种铝锂合金铸造中减少氢含量的方法，是一种通过氩气保护实现铝锂合金与大气隔离，从而降低熔炼、传输、和过滤过程中与潮湿空气反应吸氢，达到控制氢含量和氧化物夹杂，用于铸造高品质铝锂合金铸锭的方法。

技术领域

本发明适用于含锂的铝合金熔铸生产过程，采用氩气保护，隔离空气与铝锂合金液面之间的直接接触，避免铝锂合金从潮湿空气中吸氢与氧化，从而有效地控制铝锂合金氢含量与氧化物杂质含量，最终用于铸造高品质的铝锂合金铸锭并经过后续加工成材，用于航空航天等领域的轻质高强零部件。

背景技术

航空航天领域，铝锂合金由于其比强度高、弹性模量高、抗疲劳与耐腐蚀性能优异、同时容易加工，越来越被广泛应用于核心零部件的加工制造。比如，SpaceX公司发射的猎鹰号重载火箭的可回收性提高，就得益于铝锂合金的可焊接易成形的共底储箱设计有效地降低了火箭的高度。再比如，中国商用飞机C919大飞机，蒙皮材料均选用铝锂合金有效地实现了机身15％的减重以及6％的燃油节约，得益于铝锂合金的高弹性模量、抗疲劳、耐腐蚀、密度低的优异性能。

虽然铝锂合金有诸多优点，但是其铸造工艺复杂，极易与空气中的水份反应生成氢气和氧化铝和氧化锂杂质，由于锂的存在铝锂合金比普通的铝合金氧化速率高一个数量级。如不与空气隔离，剧烈的反应还会导致燃烧，甚至爆炸。吸入的氢气在凝固过程中产生孔洞，成为最终零部件的裂纹起裂源，极大地降低零部件的机械性能，尤其是疲劳寿命。英国专利号2129345，提出了在传输过程汇总用气体隔离空气与液态金属表面的接触，但并没有给出一个从熔炼到铸造台系统的解决方案。美国专利386840和欧洲专利0726114A2均提出了采用液体表面覆盖碱性溶盐，再用氩气隔离空气的整套解决方案，但是没有考虑铝锂合金除氢与杂质净化问题，另外由于溶盐的采用不可避免的会引入更多的杂质。中国专利202450144，描述了一台通过氩气降低氢含量的铝锂合金除氢炉的结构设计，但是并没有对整个传输和除杂质系统进行设计。

其它的专利技术，出于成本考虑，多数是采用溶盐保护和氩气保护结合。然而，实际生产表明，由于碱性金属溶盐极易吸水，在操作过程中炎热、潮湿的空气造成铝锂合金氢含量不但不会降低，反而会升高。所以，溶盐不适于潮湿的气候，尤其是高温高湿的环境。因此，溶盐保护受气候影响大，不具有可操作性，铝锂合金的铸造迫切需要一种适用于各种气候的保护性措施。为了满足这个需求，本发明专利公开了一种只用洁净的氩气作为保护性介质的方法。利用这种方法，可以有效地防止氧化和爆炸事故发生，降低铝锂合金液体中的氢含量，不但能够抑制孔洞缺陷的产生，而且有效地降低了铝锂合金热裂倾向，提高铸造的成品率，达到高品质铝锂合金锭铸造的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一整套保护铝锂合金溶液，并降低氢含量、清除杂质的方法，从而有效地控制铸锭的杂质和孔洞缺陷，确保高品质铝锂合金铸锭的生产。该方法包括：

1.在感应熔炼炉内，一定量的氩气从顶部注入，形成一个隔离大气的熔炼环境，有效地避免了铝锂合金液面从潮湿的空气中吸氢的反应；

2.熔炼炉与除氢炉如料口之间，铝锂合金液传输系统采用电阻加热，同时配备氩气吹扫，保证输送过程中温度和气氛可控；

3.除氢炉，采用全密封连接，内层箱盖中心装有一个氩气入口，两侧两个氩气出口，平衡内部气压；

4.除氢炉内，氩气入口采用螺旋搅拌杆的中空中心，惰性气体从中心流入，在石墨螺旋叶片的慢速搅拌下，产生的氩气泡，充分吸收液体中的氢；

5.除氢炉内，携带氢的氩气泡上浮到液面后，形成内层箱盖与液面之间的保护性气氛，维持一在大气压的压力，多余的气体通过两侧排气口放散；

6.除氢炉内，采用石墨保护的电阻加热棒浸入液面以下，螺旋搅拌叶片以上，用于调节控制铝锂合金液温度，保持液态金属的温度达到一个恒定制；