一種超重力過(guò)濾復(fù)合凈化鋁及鋁合金熔體的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種超重力過(guò)濾復(fù)合去除鋁及鋁合金熔體內(nèi)夾雜物的方法。該方法屬于新興物理場(chǎng)凈化金屬熔體的技術(shù)。利用離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生超重力場(chǎng)，并采用過(guò)濾器對(duì)鋁熔體進(jìn)行超重力過(guò)濾處理。經(jīng)過(guò)超重力過(guò)濾后，鋁熔體內(nèi)部的氧化夾雜以及雜質(zhì)元素相能夠與鋁基體徹底分離。本發(fā)明利用超重力過(guò)濾復(fù)合凈化法實(shí)現(xiàn)了鋁及鋁合金熔體內(nèi)部非金屬夾雜以及雜質(zhì)元素的快速去除，顯著提高了鋁熔體的潔凈度，而且與實(shí)際生產(chǎn)中普通過(guò)濾相比，在超重力場(chǎng)中可以采用孔徑更小的過(guò)濾器，進(jìn)而能夠去除尺寸更小的夾雜，而不會(huì)影響熔體的過(guò)濾速率。
【專利說(shuō)明】
一種超重力過(guò)濾復(fù)合凈化鋁及鋁合金熔體的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及金屬熔體精煉純凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種在超重力場(chǎng)與過(guò)濾復(fù) 合作用下凈化金屬熔體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著鋁合金在汽車制造業(yè)、航空航天、建筑行業(yè)以電子元件等領(lǐng)域地廣泛應(yīng)用，那 么對(duì)于鋁合金的性能要求日益提高。然而鋁合金中夾雜物的存在嚴(yán)重影響了鋁合金的機(jī)械 加工性能以及機(jī)械性能。因此進(jìn)一步降低夾雜顆粒含量水平顯得尤為重要。傳統(tǒng)的鋁熔體 凈化方法包括普通重力沉降、普通過(guò)濾、渣洗精煉、氣泡上浮等，這些傳統(tǒng)凈化方法能夠有 效去除大尺寸的夾雜顆粒，但是對(duì)于微小尺寸的夾雜去除效果不佳。
[0003] 近年來(lái)，超重力技術(shù)作為一種全新的技術(shù)由于具有強(qiáng)化傳質(zhì)的特點(diǎn)正日益受到各 個(gè)領(lǐng)域科學(xué)工作者的重視。超重力技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用在金屬雜質(zhì)元素去除、冶金等級(jí)硅提純以 及冶金渣中有價(jià)元素的富集提取。中國(guó)發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)?01310250389.0,一種超重力分離 鈦渣中鈦資源的方法）以及中國(guó)發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)?01310416429.4,一種超重力分離釩渣中 釩資源的方法)都充分證明了超重力可以有效分離熔渣中的固態(tài)組元，這為超重力應(yīng)用到 金屬熔體內(nèi)夾雜物的去除上提供了一定的參考依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了改善傳統(tǒng)熔體凈化方法的不足，本發(fā)明提供一種新的鋁合金熔體復(fù)合凈化方 法，該方法利用超重力極大的強(qiáng)化了鋁熔體的過(guò)濾速率，能夠在很短時(shí)間內(nèi)完成鋁熔體與 夾雜物的徹底分離，從而實(shí)現(xiàn)了鋁合金熔體高效凈化的目的，同時(shí)超重力場(chǎng)的施加可以采 用孔徑更細(xì)小的過(guò)濾器，進(jìn)而可以去除尺寸更微小的夾雜，從而提高微小夾雜的去除效率。
[0005] -種超重力過(guò)濾復(fù)合凈化鋁合金熔體的方法，其特征在于，鋁合金在超重力設(shè)備 加熱爐中加熱至700~750°C，使合金完全熔化;在鋁熔體完全熔化之后在超重力場(chǎng)中進(jìn)行 過(guò)濾凈化處理，能夠使非金屬夾雜物與雜質(zhì)元素相從熔體內(nèi)部徹底分離，從而實(shí)現(xiàn)鋁合金 熔體凈化的目的。
[0006] 具體步驟如下：
[0007]步驟一、將鋁合金在惰性氣體或者保護(hù)渣的保護(hù)下加熱至700°C~750°C，并保溫 一定時(shí)間，使之完全熔化。
[0008] 步驟二、開(kāi)啟離心機(jī)，調(diào)至特定轉(zhuǎn)速，通過(guò)離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力實(shí)現(xiàn)熔體中夾雜 物的過(guò)濾分離。
[0009] 步驟三、超重力過(guò)濾完成后關(guān)閉離心機(jī)，取出過(guò)濾試樣，噴水快速冷卻，得到凈化 后的錯(cuò)合金。
[0010] 優(yōu)選地，步驟一中的惰性氣體為高純氬氣或保護(hù)渣為33 % NaCl+67 % CaCl2。
[0011] 優(yōu)選地，步驟二中的超重力系數(shù)不小于50g，鋁熔體溫度控制在700°C~750°C。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:利用超重力過(guò)濾復(fù)合凈化法可以快速有效地分離鋁合金熔體中 的夾雜物，凈化鋁與夾雜物能夠徹底分開(kāi)，從而不需要利用物理方法或化學(xué)方法進(jìn)行后續(xù) 分離處理，而且工藝流程簡(jiǎn)單，成本低廉，環(huán)保。
[0013] 本發(fā)明的其他特征將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 為對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步理解，附圖與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但 并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0015] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016] 圖1所示為本發(fā)明的超重力實(shí)現(xiàn)方式以及超重力過(guò)濾過(guò)程中夾雜物的分離示意 圖，其中1為原鋁合金熔體，2為過(guò)濾介質(zhì)，3為過(guò)濾得到的凈化鋁，4為熔體內(nèi)的夾雜物，5為 旋轉(zhuǎn)軸。
[0017] 圖2所示為普通重力場(chǎng)條件下試樣的微觀組織圖。
[0018]圖3-1所示為本發(fā)明在實(shí)施例1中上部過(guò)濾渣的顯微組織圖。
[0019]圖3-2所示為本發(fā)明在實(shí)施例1中下部過(guò)濾凈化鋁的顯微組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說(shuō)明。需要指出的是此處所作的具體實(shí)施方 式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0021] 本發(fā)明的過(guò)濾器制備方法中，所采用的過(guò)濾介質(zhì)為高純石墨過(guò)濾氈，其為多孔碳 纖維結(jié)構(gòu)，平均孔徑為40~50μπι，其孔徑遠(yuǎn)小于常用的陶瓷泡沫過(guò)濾器，過(guò)濾氈的厚度為 7mm〇
[0022] 過(guò)濾坩堝為內(nèi)徑14mm的高純石墨坩堝，其由上下兩個(gè)小坩堝組合而成，過(guò)濾氈緊 密地嵌在上部坩堝底部，上部坩堝底部切有3道寬度為2mm左右的縫隙。
[0023]本發(fā)明的超重力過(guò)濾方法中，將鋁合金與保護(hù)渣裝入過(guò)濾坩堝內(nèi)，放入超重力加 熱爐中升溫至700°C并保溫lOmin，然后開(kāi)啟離心機(jī)進(jìn)行超重力處理，處理結(jié)束后取出坩堝 噴水快速冷卻。
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)例予以詳細(xì)闡述。
[0025] 實(shí)施例1:
[0026]將適量的原鋁合金與保護(hù)渣放入過(guò)濾坩堝內(nèi)一起放入超重力加熱爐內(nèi)升溫至700 °C，保溫lOmin后開(kāi)啟離心機(jī)并調(diào)整到轉(zhuǎn)速分別為600r/min、1338r/min，對(duì)應(yīng)的重力系數(shù)分 別為G= 100、G = 500。在70(TC恒溫條件下進(jìn)行超重力過(guò)濾處理2min，之后關(guān)閉離心機(jī)，取出 試樣噴水快速冷卻。將得到的上部過(guò)濾渣以及下部過(guò)濾凈化鋁經(jīng)過(guò)鑲嵌、粗磨、拋光處理， 并用掃描電鏡觀察其顯微組織，結(jié)果如圖3-1、3-2所示。這里鋁合金中的Ti元素含量遠(yuǎn)超過(guò) 0.5%，且形成的粗大的Al 3Ti相對(duì)合金的性能造成了不良影響，因此將合金中的Ti視為一 種雜質(zhì)元素來(lái)去除。利用ICP-0ES以及氧氮?dú)浞治鰞x分別對(duì)獲得的凈化鋁進(jìn)行雜質(zhì)元素 Ti 以及氧含量進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算氧化夾雜以及雜質(zhì)元素相的去除率，其結(jié)果如表1所示。
[0027]表1.不同重力系數(shù)條件下過(guò)濾凈化鋁中夾雜物的去除率
[0028]
[0029] 實(shí)施例2:
[0030] 將適量的原鋁合金與保護(hù)渣放入過(guò)濾坩堝內(nèi)一起放入超重力加熱爐內(nèi)升溫至700 °C，保溫lOmin后開(kāi)啟離心機(jī)并調(diào)整到轉(zhuǎn)速分別為423r/min、，對(duì)應(yīng)的重力系數(shù)為G = 50。在 700°C恒溫條件下進(jìn)行超重力過(guò)濾分別處理2min、10min之后關(guān)閉離心機(jī)，取出試樣噴水快 速冷卻。利用ICP-0ES以及氧氮?dú)浞治鰞x分別對(duì)獲得的凈化鋁進(jìn)行雜質(zhì)元素 Ti以及氧含量 進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算氧化夾雜以及雜質(zhì)元素相的去除率，其結(jié)果如表2所示。
[0031] 表2.重力系數(shù)G = 50下不同處理時(shí)間獲得的凈化鋁中夾雜物的去除率
[0032]
[0033] 實(shí)施例3:
[0034]將適量的原鋁合金與保護(hù)渣放入過(guò)濾坩堝內(nèi)一起放入超重力加熱爐內(nèi)升溫至特 定溫度，保溫lOmin后開(kāi)啟離心機(jī)并調(diào)整到轉(zhuǎn)速分別為423r/min、，對(duì)應(yīng)的重力系數(shù)為G = 50。分別在700°C、750°C的恒溫條件下進(jìn)行超重力過(guò)濾處理2min，之后關(guān)閉離心機(jī)，取出試 樣噴水快速冷卻。利用ICP-0ES以及氧氮?dú)浞治鰞x分別對(duì)獲得的凈化鋁進(jìn)行雜質(zhì)元素 Ti以 及氧含量進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算氧化夾雜以及雜質(zhì)元素相的去除率，其結(jié)果如表3所示。
[0035]表3.重力系數(shù)G = 50下不同處理溫度下獲得的凈化鋁中夾雜物的去除率
[0036]
[0037] 以上內(nèi)容詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施方式以及應(yīng)用實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限 于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn) 行多種簡(jiǎn)單變型，比如重力系數(shù)的變化、處理時(shí)間和處理溫度的變化，這些簡(jiǎn)單變型均屬于 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超重力過(guò)濾復(fù)合凈化鋁合金熔體的方法，其特征在于，鋁合金在超重力設(shè)備加 熱爐中加熱至700~750°C，使合金完全熔化;在鋁熔體完全熔化之后在超重力場(chǎng)中進(jìn)行過(guò) 濾凈化處理，能夠使非金屬夾雜物與雜質(zhì)元素相從熔體內(nèi)部徹底分離，從而實(shí)現(xiàn)鋁合金熔 體凈化的目的。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超重力過(guò)濾復(fù)合凈化鋁合金熔體的方法，其特征在于:具體制 備步驟是： 步驟一、將鋁合金在惰性氣體或者保護(hù)渣的保護(hù)下加熱至700°C~750°C，并保溫一定 時(shí)間，使之完全熔化； 步驟二、開(kāi)啟離心機(jī)，調(diào)至特定轉(zhuǎn)速，通過(guò)離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力實(shí)現(xiàn)熔體中夾雜物的 過(guò)濾分離； 步驟三、超重力過(guò)濾完成后關(guān)閉離心機(jī)，取出過(guò)濾試樣，噴水快速冷卻，得到凈化后的 錯(cuò)合金。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超重力過(guò)濾復(fù)合凈化鋁合金熔體的方法，其特征是:所述惰性 氣體為高純氬氣，保護(hù)渣為33 % NaCl+67 % CaCl2。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超重力過(guò)濾復(fù)合凈化鋁合金熔體的方法.其特征是:進(jìn)行 超重力過(guò)濾處理時(shí)，重力系數(shù)不小于50g，考慮到此方法的凈化效率以及實(shí)際的生產(chǎn)成本， 超重力過(guò)濾處理的時(shí)間不超過(guò)20min。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超重力過(guò)濾復(fù)合凈化鋁合金熔體的方法，其特征是:過(guò)濾介質(zhì) 采用泡沫陶瓷過(guò)濾器、過(guò)濾石墨氈以及各種濾網(wǎng)，平均孔徑為40~50μπι。
【文檔編號(hào)】C22B21/06GK105886789SQ201610390461
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】宋波, 宋高陽(yáng), 楊玉厚, 宋明明, 蔡澤云
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)