[发明专利]羰合物Ni(CO)4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，特别涉及一种羰合物Ni(CO)₄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。

在各种铝中间合金变质剂中，最具代表性的是Al-Ti-B线材和铝-稀土(RE)中间合金。随着研究的深入，越来越多的元素被发现具有变质作用，也就产生了越来越多的中间合金。对于铝合金冶炼工厂来说，为了专注于终端合金产品的生产，没有必要专门投资建中间合金生产线，而宁愿从市场采购中间合金。于是就有了专门生产铝中间合金的工厂，并形成了规模产业，目前全世界铝中间合金产业达到数十亿元。

基于铝中间合金的理论思维，作为变质剂加入的添加剂以下条件所限制：

(1)在高温下化学成分不变，在铝熔体中有足够的稳定性；

(2)添加剂的熔点应比铝的高；

(3)添加剂和铝的晶格在结构尺寸上应相适应；

(4)与被处理的熔体原子形成强而有力的吸附键。

这些限制条件，好象是专门为高温金属元素的铝中间合金量身定做的，因此限制了“变质”概念的内涵和外延。

同时，铝中间合金变质剂中的有效元素很难充分发挥作用。

尽管中间合金的基体也是铝，但生产中间合金时，高熔点元素、难溶解元素与铝发生合金化的过程是很难控制的：有效元素的偏析、铝的烧损量增加和大量杂质的混入，都在所难免。对于杂质限量要求极为严格的高性能合金生产，往往变质剂带入的杂质就足以使化学成份超过限制范围；同时，微观状态下大量聚集的有效变质元素仍然处于单质结晶团块状态，在熔融铝的温度下(＜800℃)根本无法完全溶解和熔化，只有表面极薄的膜层由于与铝可能产生合金化反应而起到部分变质作用，其余大量的聚集态都是怎么加进去就怎么存在，变质作用因而大打折扣。

在实际生产中，经常出现的问题是变质剂的变质能力不稳定，变质剂加入的比例波动范围大，不容易精确掌握添加量，同时在制造高温元素的铝中间合金过程中极容易混入有害元素，对最终产品质量有很大影响。

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和变质机理存在的缺陷，以羰合物Ni(CO)₄分子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Ni，同时产生CO-自由基，可吸收和去除熔体中H和O等有害杂质元素，达到高效、均匀变质和净化熔体的目的，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。

本发明的技术方案是，一种羰合物Ni(CO)₄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：3.2～4.2％，Mn：0.3～0.7％，Mg：1.0～2.2％，Ni：0.06～1.2％，Ti：≤0.12％，Si：≤0.5％，Fe：≤1.2％，羰合物Ni(CO)₄变质剂为总量的1ppm～1.0％，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05％，合计≤0.15％。

本发明所述的羰合物Ni(CO)₄变质的高性能铝合金材料，羰合物Ni(CO)₄变质剂的分子晶体聚集态颗粒度为30～150目。

本发明所述的羰合物Ni(CO)₄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，选定一组元素和羰合物Ni(CO)₄变质剂比例，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；