[发明专利]一种铝锂合金用保护熔剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铝锂合金用保护熔剂及其制备方法，原料包括如下组分：氟化锂、氯化锂、氟化铝、氟化钾、六氯乙烷、氯化铵以及氟化铵；将上述物料按照一定配比进行混合制备，应用于铝锂合金的熔炼过程中，能良好地隔绝空气中的氧气和水蒸气，同时由于在配方中添加了发泡剂成分，因此在熔炼过程中可以产生保护气体，使得熔体保护效果由单一的熔剂保护转变为熔剂‑气体复合保护，有效地减少了烧损，实现了对铝锂合金熔体的长时间保护的良好效果，并且还有一定的减少杂质和气孔的效果。本发明可以弥补现有保护熔剂在保护效果方面的不足，因此能够有效提升铝锂合金质量，最终提升其综合性能。

技术领域

本发明属于冶金熔炼领域，具体涉及一种铝锂合金用保护熔剂及其制备方法。

背景技术

作为新兴的轻质合金，铝锂合金可以有效地改进铝合金的高周疲劳性能以及疲劳裂纹扩展抗力，对拉伸强度也相应有所提高，同时铝锂合金在低温下的温度-断裂韧性的综合性能也大大加强。用铝锂合金制造飞机构件可以使得飞机的重量减轻10％-20％，从而节省燃料，降低制造成本，提高飞机的飞行速度和承载能力。因此，铝锂合金焕发出了超越铝合金的强大潜力，受到人们的重视。

但是由于锂的添加，在熔炼铝锂合金的过程中会产生诸如熔体极易氧化、烧损更加严重、熔炼工艺更加复杂等等问题。因此，对于铝锂合金而言，熔炼过程中的保护环节成为重中之重，新型熔炼保护工艺的研发也是铝锂合金熔体保护及净化技术的重要发展方向之一。现阶段熔炼保护工艺存在惰性气体保护法、真空熔炼法等提升熔体保护和净化效果的优良方法，但是由于成本过高、技术要求高以及设备因素限制产能等问题，熔剂保护仍然是最为经济适用的方法，其使用规模仍然很大。

目前公开的保护熔剂产品中大多数都只适用于常规铝合金，如专利CN201210596221.0一种新型铝合金液覆盖剂，公开了使用KCl、NaCl、Na₃AlF₆、Na₂CO₃、CaF₂以及C粉混合的覆盖剂成分，但是铝锂合金中由于锂的存在，其氧化膜成分大多为Li₂O、LiOH、Li₂CO₃、LiAlO₂、MgO等疏松的氧化物，此配方中的物质无法达到所需的保护效果，并且由于钠盐的存在，使用该配方熔炼后得到的合金Na含量过高，产生明显的钠脆效应，因此在工业应用中使用该配方容易导致诸如机械性能变差、延伸率较低等致命的问题。而现有的已经公开的铝锂合金用保护熔剂较少，且依然存在问题，如专利CN201811620924.6一种铝锂合金熔体覆盖剂及其制备方法，公开了在常用铝合金覆盖剂2#熔剂的基础上，又添加了LiCl和AlF₃，后两者可以发挥较好的氧化物熔解作用，且可以有效除氢，克服氧化造渣问题，但是在工业应用中由于需要较长的保温时间，经过长时间保温锂元素烧损较为严重，因此该配方并不能满足实际生产要求。同样，在文献《大气环境下Al-Li合金的熔炼特性研究》中采用了铝锂合金常用二元保护熔剂LiCl和LiF，配比为3：2，并将锂元素烧损控制在20％以下；文献《含铝锂合金熔炼铸造时的保护》中则对多种常用二元和三元保护熔剂进行了烧损率曲线的对比，其中效果最优的配比可以将锂烧损控制在每小时5％左右，但是上述几种配比中无提升净化效果的组分，在铸锭中观察到大量的气5孔和夹杂，并且由于熔剂覆盖保护的单一性，其保护效果仍然有待提高。此外，在先专利108384974A公布了一种含稀土镁锂合金的熔体精炼熔剂及其制备方法。熔剂包括如下质量百分比含量的各组分：氯化锂25～60％，氟化锂20～30％，氟化钙20～35％，活性稀土化合物1～10％；所述活性稀土化合物包括氯化稀土、氟化稀土中的一种。本发明的熔剂具有较佳的熔点、粘度和润湿性，可同时起到精炼熔体和保护熔体的作用，但是若使用该专利配比的熔剂成分用于铝锂合金熔炼覆盖，保护效果很差，这是因为其成分主要作用是精炼，在精炼聚渣后导致表面氧化膜的质量增大，更容易破坏覆盖剂所形成的表面保护膜的完整性，发生沉降，导致锂元素大量烧损，其次其中的氟化钙与活性稀土化合物会与锂元素发生剧烈反应，也会导致烧损率大幅上升，因此该成分无法运用于铝锂合金覆盖保护。