一種用于生產鋁合金的細粉鐵劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋁合金的添加劑領域，具體涉及一種鋁合金鐵添加劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著鋁加工及鋁合金工業不斷發展，鋁合金的研制被列為重點發展的技術，合金 化是鋁合金生產工藝流程中重要的一環。合金添加元素在熔融鋁中的溶解是合金化的重要 過程。元素的溶解與其性質有密切關系，受添加元素固態結構結合力的破壞和原子在鋁液 中的擴散速度控制。鋁合金常用的合金元素有：娃、鐵、銅、鎂、鎳、鋅、f凡等。一些低恪點或 溶解度大的合金元素如鎂、銅等可以直接加入鋁熔體中，而大部分熔點高的合金元素如鐵、 鎳、錳等，由于與鋁的熔點差距太大，無法直接進行添加，需要通過中間合金的方式進行加 入。這是因為如將鐵、鎳、錳等金屬熔化，則熔爐溫度必需達到l〇〇〇°C以上，而鋁的熔點只 有660°C，如果在1000°C以上的溫度下，則鋁熔體會汽化，且熔爐內未汽化的鋁液在如此高 溫下極易與周圍的氧氣、氫氣、水等發生化學反應，形成難以去除的雜質，生成的鋁合金熔 體的合金含量與實際所需的合金含量偏差過大，從而導致合金機械性能無法滿足要求，造 成資源浪費。
[0003] 為了避免上述不足，人們采用中間合金的方式降低合金元素熔融過程時所需的溫 度。中間合金的生產工藝是這樣的：首先將所煉制的合金中含量最大的、熔點較低的金屬熔 化。然后將熔點較高的及含量較少的元素加入，溶解而制成合金。熔煉中間合金時，需要添 加少量熔劑保護，以免氣體進入合金，還可去除部分雜質。熔化后要充分攪拌，使成分均勻 后鑄錠。有些高質量的中間合金需要在真空中或保護氣氛下熔煉和澆鑄。評判鋁合金的品 質好壞的主要標準是合金中是否含有雜質或者雜質含量的多少，理想的鋁合金是沒有雜質 的，因此雜質越少越好，因此對于鋁合金所用的中間合金的品質要求極高，就需要在真空中 或保護氣氛下熔煉燒鑄，生產工藝條件要求高，生產成本高，而且效率大大降低。另外，由于 中間合金所含的合金元素含量較低，在稱料計算時，所用的中間合金量就會較大，為了保證 熔融中間合金的溫度，每次投放中間合金的量不能過多，加量過多會導致鋁熔體溫度降低， 無法熔解中間合金，所以生產同一型號的鋁合金時，用中間合金進行合金化就需要采用多 次少量方式進行添加投放在鋁熔體中，這樣就會導致產生如下問題：1、熔化中間合金所需 的時間過長；2、鋁熔體長時間與大氣中的氧氣、氫氣、碳、水分等其他物質發生反應生成的 雜質量增多，導致鋁合金的品質降低；3、熔化時間長會增加能耗，會增加鋁熔體的燒損及吸 氣。
[0004] 由于中間合金存在的上述不足，近年來人們想到利用助溶劑幫助合金元素在低溫 即710°C左右熔融合金金屬元素，人們稱之為金屬添加劑。根據不同的性能需求，通常于 鋁液中添加、熔解不同成分及含量的合金元素，以得到不同型號和類別的鋁合金。目前，合 金元素通常有銅、硅、鎂、鋅、錳、鐵、鉻等。實施時，鋁合金熔鑄的溫度通常為71(TC左右， 對于低熔點或熔解度大的合金元素直接以單質金屬粉末的形式加入鋁液中即可熔解，但對 于錳、鐵、鉻等高熔點或熔解度小的合金元素，單質金屬粉末便很難熔解于鋁液中，如果將 鋁液熔爐的溫度升高到錳、鐵、鉻金屬的溫度，則熔爐中的鋁液便會氣化，因此解決的辦法 是在鋁不會氣化的溫度下，快速將錳、鐵、鉻等金屬熔解，為了達到此目的，人們已經想到將 猛、鐵、鉻粉碎，并在粉末中添加助熔劑，并制成固定形狀，即我們通常所說的錳劑、鐵劑、鉻 劑，當將錳劑、鐵劑、鉻劑投入到鋁液熔爐中，助熔劑在鋁液中迅速發生爆炸式反應，產生的 熱量在一段時間內能夠達到使錳、鐵、鉻等金屬熔解的溫度。但是，此種方式需要大量的助 恪劑才能實現，因此每塊添加劑廣品中，猛、鐵、絡的含量最尚只能達到85%左右，如果將添 加劑產品中的錳、鐵、鉻的含量提高到90%以上，則相應助熔劑的量則減少，在將產品加入 到鋁液中后，添加劑中的錳、鐵、鉻不能完全熔解；另外，對于制作過程中錳、鐵、鉻等粉末的 粒度、含量配比等有特殊的要求。以鐵為例，含鐵量在85%的鐵劑的鐵粉的粒徑分布為： 大于60目要求在5%以下，60-80目為30% -35%，80-100目為15% -20%，100-325目為 35 %-45%，小于325目要求在10 %以下；上述的粒度主要在60-325目之間，可見粒度分布 非常窄，通常在粉碎工藝中，粒度分布越窄，粉碎的工藝要求就越高，所以上述粒度分布的 鐵粉對粉碎工藝的要求就非常高，加工的成本也非常高，例如在粉碎階段，我們就需要85% 以上的鐵粉的粒度不得大于60目，同時不得小于325目，但現有的粉碎工藝往往是不能如 此嚴格的粒度分布范圍的，因此制作出的鐵劑合格率通常低于60%。再者，由于現有的鐵系 鋁合金添加劑中的鐵粉整體的平均粒度較大，加入鋁液后，由于粒度較大的鐵粉的比表面 積小，表面能也小，從而熔解較慢，而且要求鑄熔溫度較高，通常為7KTC左右。另外，為了避 免添加劑產品在運輸過程中松散，通常要將添加劑產品壓制成密度較高的餅狀或球狀，密 度通常大于5. Og/cm3,但是對于密度較高的添加劑產品，加入鋁液后，一方面，熔解比較緩 慢，熔解時間通常為15_20min，熔解時間長；另一方面，加入鋁熔體的添加劑容易沉底，一 旦沉底，會導致鐵粉熔解速度減慢，而且會導致鐵粉溶解后分散不均勻；再一方面，較密實 的添加劑產品在熔解過程中表面會形成致密的保護膜，從而導致內部無法繼續熔解，這樣 就會使回收率較低，最高僅能達到90 %左右。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種熔解時間短、鐵回收率高的用于生產鋁合金 的細粉鐵劑。
[0006] 本發明的目的在于提供如下基礎方案：一種用于生產鋁合金的細粉鐵劑，主要由 鐵粉、鋁粉、助熔劑壓制而成的餅狀或橄欖球狀，所述鐵粉、鋁粉分別在惰性氣體保護下破 碎，還包括表面活性劑，各組分的質量百分數分別為：鐵粉90% -98%、鋁粉0-9. 48%、助熔 劑0? 01% -5%、表面活性劑0? 5% -2%，其中，
[0007] a:鐵粉的粒度分布范圍為10-700目，其平均粒度為100-400目；
[0008] b:鋁粉及鋁的無機鹽的粒度分布范圍為40-500目，其平均粒度為80-350目。
[0009] 本發明技術方案具有以下優點：
[0010] 1、本發明中鐵粉粒度分布為10-700目，且325-700目的鐵粉占鐵粉總含量的 35% -40%，100-325目的鐵粉占鐵粉總含量的40% -45%，鐵粉粒度的分布范圍非常大，壓 制成形后，較大粒度的鐵粉顆粒表面完全被較小粒度的鐵粉包裹，將產品加入鋁液中后，由 于較小粒度鐵粉的比表面積更大，表面能大，所以升溫較快，較小粒度鐵粉在熔解的同時， 還將熱量傳遞給較大粒度的鐵粉顆粒，如此便能大大加快較大粒度的鐵粉熔解，從而縮短 加入鋁液的添加劑的熔解時間。
[0011] 2、由于本發明的鐵粉的粒度分布范圍較大，整體的平均粒度小，在相對較低的溫 度下就能快速熔解，使用本發明添加劑產品時，鋁熔體溫度可以低至670°C，從而可以減少 鑄熔時的燃料使用，節約能源；
[0012] 3、本方案的鐵劑中鐵粉的含量高，可達90-98%，在鋁合金鑄熔時，添加劑中其主 要作用的是鐵粉，所以在鑄熔等量鋁合金時，本方案可以加入較少的量，達到相同的效果， 這樣就能節省原料，而且助熔劑熔入鋁液后是一種雜質，所以助熔劑越少，鑄熔出