无熔剂型铝合金钛添加剂的研究.pdf

5 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年5 期 无熔剂型铝合金钛添加剂的研究 赵琳萍，王磊，张淑婷 北京矿冶研究总院，北京 1 0 0 0 4 4 摘要研究了钛粉粒度和含氧孱及钎{ 粉含氧量对无熔剂铝合金钛添加剂吸收率的影响，研制出高吸收率 的无熔剂型钛添加剂。 关键词铝合金；钛添加剂；无熔剂 中图分类号T G l 4 6 ．2 1 文献标识码A文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 9 0 5 ～0 0 5 2 0 3 R e s e a r c ho nF l u x ’F r e eT i t a n i u mA d d i t i v eU s e di nA l u m i n u mA l l o y Z H A OI 。i n p i n g ，W A N GL e i ，Z H A N GS h u t i n g B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g M e t a l l u r g y ．B e i j i n g1 0 0 0 4 4 。C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fp o w d e rs i z ea n do x y g e nc o n t e n to ft i t a n i u mp o w d e ra n do x y g e nc o n t e n to fa l u m i n i u mp o w d e ro nt h ea b s o r p t i o nr a t eo fe n v i r o n m e n t a lf r i e n d l yf l u x - f r e et i t a n i u ma d d i t i v eu s e di na l u m i n u m a l l o yh a v eb e e nr e s e a r c h e d ，a n dt h ef l u x f r e et i t a n i u ma d d i t i v ew i t hh i g ha b s o r p t i o nr a t ew e r ed e v e l o p e d ． K e y w o r d s A l u m i n u ma l l o y ；T i t a n i u ma d d i t i v e ；F l u x - f r e e 钛是铝合金中常用的晶粒细化剂，起细化铸造 组织的作用L 1 ] 。晶粒细化可以对铝合金铸件带来一 系列的好处，比如改善机械性能、改善凝同时的补 缩能力、提高铸件的致密度、减少铸造疏松和裂纹、 改善内部冶金质量等f 1 ] 。 现今国内外已大量采用直接在铝液中投入添加 剂的方式添加合金元素心] 。传统型钛添加剂由钛粉 和助熔剂组成，助熔剂为卤化物盐类，比如氟铝酸 钾、氟铝酸钠等[ 3 ] 。这种铝合金钛添加剂含有大量 的氟元素，在使用过程中会大量释放烟气，给环境带 来污染，对臭氧层产生破坏，并恶化生产环境，影响 人体健康。 为了降低铝合金化过程对环境的污染，适应铝 合金发展趋势的要求，本文使用铝粉代替卤化物盐 类，通过添加2 0 ％的铝粉，研究了钛粉及铝粉的粒 度和氧含量等参数对钛添加剂吸收率的影响，研制 出了高吸收率的无熔剂铝合金钛添加剂。 作者简介赵琳萍 1 9 6 6 - - ，女，辽宁铁岭人，高级工程师，硕士． 1实验过程 试验采用混合压制的方法制备无熔剂铝合金钛 添加剂，其工艺流程见图1 。 图1无熔剂铝合金钛添加剂工艺流程 F i g ．1 P r o c e s so ff l u x - f r e et i t a n i u ma d d i t i v e 将压制好的样块投入到7 4 0 ～7 6 0 ℃的铝液中， 害考 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年5 期 5 3 连续搅拌2 0r a i n ，静置1 0r a i n 后浇注，冷却后从铸 锭上分区取样，进行钛元素含量检测。按公式 1 计 算实收率x x 燮罨麓翥铲X 1 0 0 ％㈣ “ 加入钛元素质量 ““7 2实验结果与讨论 2 ．1 钛粉粒度对吸收率的影响 采用不同粒度的钛粉制备钛剂样品，研究钛粉 粒度对吸收率的影响。结果见图2 。 母 、 褂 娶 掣 T i 粉平均粒径／姗 图2 钛粉粒度对吸收率的影响 F i g ．2 E f f e c to ft h es i z eo fT ip o w d e ro n t h ea b s o r p t i o nr a t e 从图2 看出随着钛粉粒度的细化，其吸收率增 加。这是因为随着粉末粒度的细化，其表面积增大， 具有更高的表面能和更高的活性，同时反应界面面 积随之增加，因此吸收效果得到改善，吸收率增加。 2 ．2 钛粉氧含量对吸收率的影响 使用不同氧含量的钛粉制备铝合金钛添加剂 术 、 锝 姿 签 T i 粉氧含量／％ 图3 钛粉氧含量对吸收率的影响 F i g ．3 E f f e c to fo x y g e nc o n t e n ti nT ip o w d e r o nt h ea b s o r p t i o nr a t e 样品，研究钛粉氧含量对吸收率的影响，结果见图 3 。 从图3 可以看出随着钛粉末氧含量的增加，钛 的吸收率减小。这是因为氧在钛粉中多以周态金属 表面氧化膜的形式存在，二氧化钛具有很高的化学 稳定性、热稳定性，二氧化钛包覆在钛粉的表面阻碍 钛与铝发生反应，且被氧化的钛，在反应结束后会以 炉渣的形式被除去，因此氧的大量存在降低了纯钛 的含鼍，使钛的吸收率降低。 2 ．3 铝粉氧含量对吸收率的影响 采用不同氧含量的铝粉制备铝合金钛添加剂样 品，研究铝粉氧含量对吸收率的影响，结果见图4 。 母 、 料 擎 謦 铝粉氧含量／％ 图4 铝粉中氧含量对吸收率的影响 F i g ．4 E f f e c to fo x y g e nc o n t e n ti nA Ip o w d e r o nt h ea b s o r p t i o nr a t e 由图4 可以看出，钛的吸收率随着铝粉氧含量 的增加而降低。这是凶为氧元素在铝中多以氧化铝 膜的形式存在，而氧化铝的熔点要比铝的熔点高得 多。氧化膜阻碍了固态金属与液态金属问的传热和 传质，对固态金属熔解有较大的影响。因此如果铝 中氧的含量过高，那么添加剂的熔解速度将减慢，降 低吸收效果。因此，在选择铝粉时要保证较低的含 氧量，才能保证添加剂有较高的吸收率。 基于以上研究，我们选择氧含量小于0 ．4 ％，平 均粒度1 0 0 微米的钛粉和氧含量小于0 ．4 ％的铝粉 制备了钛添加剂，通过实验，其吸收率达到9 2 ％。 2 ．4 钛剂熔解机理研究 当钛剂投入到铝液中后，它与铝液发乍热交换， 钛添加剂的内部的铝粉也随着热量的传递过程，温 度升高而逐渐熔化。从A l T i 的差热分析图 图5 上可以看到随着传热的不断进行，温度也不断升高， 当温度达到铝的熔点6 6 0 ℃后，铝粉由阉态熔化为 液态，差热曲线出现吸热峰，当铝粉完全熔化后，曲 万方数据 5 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年5 期 线上出现放热峰，说明熔化的液态铝附着在钛粉的 表面并发生放热反应，形成了A 1 一T i 间化合物。熔 解放热使周围的温度升高，加速了钛添加剂在铝液 中的熔解。 f ， ≥ 誊 匠 吾 Z t e r m p e r a t u r e F C 图58 0 A I - 2 0 T i 系统的差热分析曲线 F i g ．5 D S Cc u r v eo f8 0 A 一2 0 T is y s t e m 钛添加剂块本身存有大量的空隙，孔隙内气体 遇热膨胀，产生微爆炸并将空隙扩大，此刻外围的铝 液也开始填充钛添加剂内部的空隙，原来比较致密 的钛添加剂就变得疏松，起初的钛粉包围铝粉的团 状结构开始坍塌，因此钛添加剂中添加铝粉加速了 钛添加剂的熔解。 3结论 通过研究影响无熔剂型铝合金钛添加剂在铝液 中吸收率的因素，制备了无熔剂铝合金钛添加剂，该 钛添加剂吸收率高于9 0 ％。 参考文献 [ 1 3 刘忠侠，宋天福，谢敬佩，等．低钛铝合金的电解生产与 晶粒细化[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 3 ，1 3 5 1 2 5 7 1 2 6 1 ． [ 2 ] 潘青林，尹志民．铝合金化用M n ，F e ，C u ，C r ，N i 添加剂 [ J ] ．新技术新工艺，1 9 9 6 3 2 7 ． [ 3 ] 倪红军，孙宝德，蒋海燕。等．新型铝合金熔剂的研究 [ J ] ．特种铸造及有色合金，2 0 0 1 2 1 3 1 5 ． [ 4 ] 王祝堂，田荣璋．铝合金及其加工手册[ M ] ．长沙中南 工业大学出版社，1 9 8 9 ． [ 5 ] 谷兰成，邵际平，郑林薄．铝合金用高效速熔添加剂的研 制与应用[ J ] ．轻合金加工技术，2 0 0 3 4 9 1 1 ． [ 6 ] 李凤鸣．对铸造铝合金无毒精炼剂及变质剂的机理和效 果的商榷意见[ J ] ．特种铸造及有色合金，1 9 9 7 1 5 1 0 ． [ 7 ] C r e p e a uPN ．S o l i dF l u x i n gP r a c t i c e sf o rA l u m i n u m M e l t i n g [ J ] ．M o d e r nC a s t i n g ，1 9 9 2 7 2 8 3 0 ． [ 8 3U t i g a r dTA ．T h ep r o p e r t i e sa n dU s e so fF l u x e si nM o l t e nA l u m i n i u mP o c e s s i n g [ J ] ．J O M ，1 9 9 8 1 1 3 8 - - 4 1 ． 万方数据