一種低h含量航空航天用鋁合金熔體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低H含量航空航天用鋁合金溶體的制備方法，其方法包括熔煉、精煉和除氣除渣等步驟，在除氣除渣過程中采用二級除氣、除査系統(tǒng)，使得本發(fā)明的鋁合金熔體除氣的效果更好，可以將航天航空用鋁合金熔體中的H含量控制在0.07ml/100gAl以下，能夠滿足未來航空航天用鋁合金質(zhì)量要求，并且極大減少鋁合金鑄錠中的疏松、氣孔、夾渣等缺陷。
【專利說明】一種低H含量航空航天用錯(cuò)合金溶體的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋁合金加工領(lǐng)域，具體涉及一種低H含量航空航天用鋁合金熔體 的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋁及鋁合金材料由于具有密度小、比強(qiáng)度高、比剛度高、彈性好、抗沖擊性能良好、 耐腐蝕、耐磨、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、易表面著色、易加工、可回收再生等優(yōu)良特性，廣泛用于交通 運(yùn)輸、包裝容器、建筑裝飾、航空航天、機(jī)械電器、電子通訊、石油化工等行業(yè)。尤其在航空航 天工業(yè)中，由于鋁材是首選的輕量化結(jié)構(gòu)材料，因此用量非常大。在飛機(jī)用材中，鋁材用量 約占80%以上。航空航天器具有商機(jī)動性、商載荷、商抗壓和商耐疲勞及商速與商可罪性的 特點(diǎn)，因此對鋁合金冶金質(zhì)量要求嚴(yán)格，不僅要對鋁熔體中氧化膜、夾雜物含量進(jìn)行嚴(yán)格控 制，而且要求氫含量越低越好。
[0003] 鋁合金材料的冶金質(zhì)量，如氫氣含量、氧化膜、夾雜等缺陷一直是困擾鋁加工企業(yè) 和航空航天工業(yè)的老大難問題。由于鋁合金在精煉后存在氫氣、氧化膜、夾雜物等有害物 質(zhì)，在鋁合金鑄件中易形成氣孔、疏松、夾雜等缺陷，直接影響鋁合金鑄件的物理性能、力學(xué) 性能以及使用性能，因此必須在澆鑄前除去這些有害物質(zhì)。而目前鋁熔體在線除氫凈化方 法主要依據(jù)氣泡浮游理論，即在鋁熔體中吹入大量氣泡，利用氫在鋁熔體和氣泡中的分壓 差使鋁熔體中的氫不斷擴(kuò)散進(jìn)入氣泡中，并隨著氣泡上浮到熔體表面而逸出，從而達(dá)到除 氫目的。
[0004] 國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定航空用鋁合金中氫含量要〈0. 10ml/100gAl。美國鋁業(yè)公司的 Alcoa469方法可以將熔體中H含量控制在0. 08?0. 15ml/100gAl ;美國聯(lián)合碳化物公司開 發(fā)的旋轉(zhuǎn)噴嘴惰性氣體浮游法（SNIF)可以將熔體中H含量控制在0. 08?0. 12ml/100gAl 水平上。而目前國內(nèi)用Ar凈化技術(shù)所得到的鋁熔體中氫含量都在> 0. 08 ml/lOOgAl的水 平上，如果天氣潮濕以及生產(chǎn)過程中工藝發(fā)生波動，氫含量就有可能高于0. 10 ml/100gAl。 但是隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，航空航天領(lǐng)域?qū)τ诓牧闲阅芴岢隽烁叩囊?，合金中氫含?更是越低越好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低H含量航空航天用鋁合金 熔體的制備方法，該方法通過從合金熔煉、除渣、除氣、過濾等工藝控制，使得鋁合金熔體中 氫含量降低至〇. 〇7ml/100g以下，以滿足未來航空航天用鋁合金質(zhì)量要求。
[0006] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的： 一種低H含量航空航天用鋁合金熔體的制備方法，其特征在于：其方法包括熔煉、精煉 和除氣除渣等步驟，過程如下： (1)熔煉：將純度達(dá)99. 75%及以上的鋁錠投入熔煉爐中進(jìn)行熔煉，按配比稱重好并裝 爐后，采用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進(jìn)行熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌 加速熔煉速度，并用扒渣車對鋁液夾渣進(jìn)行扒渣操作，控制扒渣時(shí)間小于45分鐘，扒渣后 取樣進(jìn)行成分分析，然后調(diào)整合金成分，使其合金成分達(dá)到要求，鋁液在熔煉爐內(nèi)時(shí)間低于 8h ； (2) 精煉：將鋁液加熱至710?760°C后轉(zhuǎn)至保溫爐內(nèi)進(jìn)行易燒損合金元素的添加以 及保溫、靜置，并進(jìn)行爐內(nèi)精煉，鋁液轉(zhuǎn)入保溫爐后，開啟電磁攪拌，并重新加熱至710? 760°C，合金成分合格后進(jìn)行初級精煉，精煉時(shí)采用Ar,氣體流量控制在40?80L/min，精煉 時(shí)間控制在10?30min，精煉過程中需要對鋁液表面的浮渣進(jìn)行清理，精煉完成后停止電 磁攪拌，并將鋁合金熔體靜置20?30min ; (3) 除氣除渣：靜置完成后，立即對鋁熔體進(jìn)行在線除氣、除渣，在線除氣、除渣采用二 級在線除氣、除渣系統(tǒng)，在線除氣采用的是N 2作為覆蓋氣體，防止凈化后的鋁液發(fā)生二次氧 化，氣體流量為2?4m3/h，除氣過程中鋁液溫度保持在710?760°C之間，最后過濾除渣， 過濾后的鋁熔體可以直接進(jìn)行澆注。 以上所述的鋁錠中，其中一級回收鋁的含量低于30%。
[0007] 以上所述的二級在線除氣及除渣系統(tǒng)為先進(jìn)行一級在線除氣及二級在線除氣，然 后再進(jìn)行一級在線除渣及二級在線除渣；或者先進(jìn)行一級在線除氣及一級在線除渣，然后 再進(jìn)行二級在線除氣及二級在線除渣。
[0008] 以上所述的一級在線除氣是采用Ar與Cl2混合氣體除氣，流量為1?5m 3/t鋁熔 體，Ar與(：12流量比為1 :0. 02?0. 05,分壓為0. 10?0. 30MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為300?500rpm/ min〇
[0009] 以上所述的二級在線除氣是Ar采用除氣，流量為1?5m3/t鋁熔體，分壓為 0· 10 ?0· 30MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 300 ?500rpm/min。
[0010] 以上所述的一級在線除渣采用的是30?50ppi的陶瓷過濾板，二級在線除渣采用 的是30?70ppi陶瓷過濾板。
[0011] 本發(fā)明的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步是： 1、本發(fā)明在除氣除渣過程中采用二級除氣，使得除氣的效果更好，可以將航天航空用 鋁合金熔體中的H含量控制在0. 07ml/100gAl以下，能夠滿足未來航空航天用鋁合金質(zhì)量 要求。
[0012] 2、本發(fā)明的鋁合金熔體在制備過程中通過二級過濾系統(tǒng)去除鋁熔體中的氧化物、 非金屬夾雜物和其他有害金屬雜質(zhì)，能夠極大減少鋁合金鑄錠中的疏松、氣孔、夾渣等缺 陷。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 實(shí)施例1 以生產(chǎn)2219鋁合金為例： (1)熔煉：將純度達(dá)99. 75%及以上的鋁錠，其中一級回收鋁的含量為28%，投入熔煉爐 中進(jìn)行熔煉，按配比稱重好并裝爐后，采用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進(jìn)行 熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌加速熔煉速度，并用扒渣車對鋁液夾渣進(jìn)行扒渣操作，控制 扒渣時(shí)間小于45分鐘，扒渣后取樣進(jìn)行成分分析，然后調(diào)整合金成分，使其合金成分達(dá)到 要求，鋁液在熔煉爐內(nèi)時(shí)間為7h ; (2) 精煉：將鋁液加熱至710-715°C后轉(zhuǎn)至保溫爐內(nèi)進(jìn)行易燒損合金元素的添加以及 保溫、靜置，并進(jìn)行爐內(nèi)精煉，鋁液轉(zhuǎn)入保溫爐后，開啟電磁攪拌，并重新加熱至710-715°C， 合金成分合格后進(jìn)行初級精煉，精煉時(shí)采用Ar,氣體流量控制在40L/min，精煉時(shí)間控制在 lOmin，精煉過程中需要對鋁液表面的浮渣進(jìn)行清理，精煉完成后停止電磁攪拌，并將鋁合 金熔體靜置20min ; (3) 除氣除渣：靜置完成后，立即對鋁熔體進(jìn)行在線除氣、除渣，在線除氣、除渣采用二 級在線除氣、除渣系統(tǒng)，所述的在線除氣采用的是N 2作為覆蓋氣體，防止凈化后的鋁液發(fā)生 二次氧化，氣體流量為2m3/h，除氣過程中鋁液溫度保持在710-715°C之間，最后過濾除渣， 過濾后的鋁熔體可以直接進(jìn)行澆注。 所述的二級在線除氣及除渣系統(tǒng)為先進(jìn)行一級在線除氣及二級在線除氣，然后再進(jìn)行 一級在線除渣及二級在線除渣。
[0014] 所述的一級在線除氣是采用Ar與Cl2混合氣體除氣，流量為lm3/t鋁熔體，Ar與 Cl 2流量比為1 :0. 02,分壓為0. lOMPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為300rpm/min。
[0015] 所述的二級在線除氣是Ar采用除氣，流量為lm3/t鋁熔體，分壓為0. lOMPa，轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)速為 300rpm/min。
[0016] 所述的一級在線除渣采用的是30ppi的陶瓷過濾板，二級在線除渣采用的是 30ppi陶瓷過濾板。
[0017] 實(shí)施例2 以生產(chǎn)2219鋁合金為例： (1) 熔煉：將純度達(dá)99. 75%及以上的鋁錠，其中一級回收鋁的含量為25%，投入熔煉爐 中進(jìn)行熔煉，按配比稱重好并裝爐后，采用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進(jìn)行 熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌加速熔煉速度，并用扒渣車對鋁液夾渣進(jìn)行扒渣操作，控制 扒渣時(shí)間小于45分鐘，扒渣后取樣進(jìn)行成分分析，然后調(diào)整合金成分，使其合金成分達(dá)到 要求，錯(cuò)液在烙煉爐內(nèi)時(shí)間為6h ; (2) 精煉：將鋁液加熱至720?725°C后轉(zhuǎn)至保溫爐內(nèi)進(jìn)行易燒損合金元素的添加以 及保溫、靜置，并進(jìn)行爐內(nèi)精煉，鋁液轉(zhuǎn)入保溫爐后，開啟電磁攪拌，并重新加熱至720? 725°C，合金成分合格后進(jìn)行初級精煉，精煉時(shí)采用Ar,氣體流量控制在50L/min，精煉時(shí)間 控制在15min，精煉過程中需要對鋁液表面的浮渣進(jìn)行清理，精煉完成后停止電磁攪拌，并 將鋁合金熔體靜置22min ; (3) 除氣除渣：靜置完成后，立即對鋁熔體進(jìn)行在線除氣、除渣，在線除氣、除渣采用二 級在線除氣、除渣系統(tǒng)，所述的在線除氣采用的是N 2作為覆蓋氣體，防止凈化后的鋁液發(fā)生 二次氧化，氣體流量為3m3/h，除氣過程中鋁液溫度保持在720?725°C之間，最后過濾除 渣，過濾后的鋁熔體可以直接進(jìn)行澆注。 所述的二級在線除氣及除渣系統(tǒng)為先進(jìn)行一級在線除氣及一級在線除渣，然后再進(jìn)行 二級在線除氣及二級在線除渣。
[0018] 所述的一級在線除氣是采用Ar與Cl2混合氣體除氣，流量為2m3/t鋁熔體，Ar與 Cl 2流量比為1 :0. 03,分壓為0. 20MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為400rpm/min。
[0019] 所述的二級在線除氣是Ar采用除氣，流量為2m3/t鋁熔體，分壓為0. 20MPa，轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)速為 400rpm/min。
[0020] 所述的一級在線除渣采用的是40ppi的陶瓷過濾板，二級在線除渣采用的是 50ppi陶瓷過濾板。
[0021] 實(shí)施例3 以生產(chǎn)7150鋁合金為例： (1) 熔煉：將純度達(dá)99. 75%及以上的鋁錠，其中一級回收鋁的含量為20%，投入熔煉爐 中進(jìn)行熔煉，按配比稱重好并裝爐后，采用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進(jìn)行 熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌加速熔煉速度，并用扒渣車對鋁液夾渣進(jìn)行扒渣操作，控制 扒渣時(shí)間小于45分鐘，扒渣后取樣進(jìn)行成分分析，然后調(diào)整合金成分，使其合金成分達(dá)到 要求，鋁液在熔煉爐內(nèi)時(shí)間為6. 5h ; (2) 精煉：將鋁液加熱至730?740°C后轉(zhuǎn)至保溫爐內(nèi)進(jìn)行易燒損合金元素的添加以 及保溫、靜置，并進(jìn)行爐內(nèi)精煉，鋁液轉(zhuǎn)入保溫爐后，開啟電磁攪拌，并重新加熱至730? 740°C，合金成分合格后進(jìn)行初級精煉，精煉時(shí)采用Ar,氣體流量控制在60L/min，精煉時(shí)間 控制在20min，精煉過程中需要對鋁液表面的浮渣進(jìn)行清理，精煉完成后停止電磁攪拌，并 將鋁合金熔體靜置25min ; (3) 除氣除渣：靜置完成后，立即對鋁熔體進(jìn)行在線除氣、除渣，在線除氣、除渣采用二 級在線除氣、除渣系統(tǒng)，所述的在線除氣采用的是N 2作為覆蓋氣體，防止凈化后的鋁液發(fā)生 二次氧化，氣體流量為4m3/h，除氣過程中鋁液溫度保持在730?740°C之間，最后過濾除 渣，過濾后的鋁熔體可以直接進(jìn)行澆注。 以上所述的二級在線除氣及除渣系統(tǒng)為先進(jìn)行一級在線除氣及二級在線除氣，然后再 進(jìn)行一級在線除渣及二級在線除渣。
[0022] 所述的一級在線除氣是采用Ar與Cl2混合氣體除氣，流量為3m3/t鋁熔體，Ar與 Cl 2流量比為1 :0. 04,分壓為0. 25MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為450rpm/min。
[0023] 所述的二級在線除氣是Ar采用除氣，流量為3m3/t鋁熔體，分壓為0. 25MPa，轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)速為 450rpm/min〇
[0024] 所述的一級在線除渣采用的是45ppi的陶瓷過濾板，二級在線除渣采用的是 60ppi陶瓷過濾板。
[0025] 實(shí)施例4 以生產(chǎn)7150鋁合金為例： (1) 熔煉：將純度達(dá)99. 75%及以上的鋁錠，其中一級回收鋁的含量為23%，投入熔煉爐 中進(jìn)行熔煉，按配比稱重好并裝爐后，采用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進(jìn)行 熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌加速熔煉速度，并用扒渣車對鋁液夾渣進(jìn)行扒渣操作，控制 扒渣時(shí)間小于45分鐘，扒渣后取樣進(jìn)行成分分析，然后調(diào)整合金成分，使其合金成分達(dá)到 要求，錯(cuò)液在烙煉爐內(nèi)時(shí)間為6h ; (2) 精煉：將鋁液加熱至755?760°C后轉(zhuǎn)至保溫爐內(nèi)進(jìn)行易燒損合金元素的添加以 及保溫、靜置，并進(jìn)行爐內(nèi)精煉，鋁液轉(zhuǎn)入保溫爐后，開啟電磁攪拌，并重新加熱至755? 760°C，合金成分合格后進(jìn)行初級精煉，精煉時(shí)采用Ar,氣體流量控制在80L/min，精煉時(shí)間 控制在30min，精煉過程中需要對鋁液表面的浮渣進(jìn)行清理，精煉完成后停止電磁攪拌，并 將鋁合金熔體靜置30min ; (3) 除氣除渣：靜置完成后，立即對鋁熔體進(jìn)行在線除氣、除渣，在線除氣、除渣采用二 級在線除氣、除渣系統(tǒng)，所述的在線除氣采用的是N2作為覆蓋氣體，防止凈化后的鋁液發(fā)生 二次氧化，氣體流量為4m3/h，除氣過程中鋁液溫度保持在755?760°C之間，最后過濾除 渣，過濾后的鋁熔體可以直接進(jìn)行澆注。 所述的二級在線除氣及除渣系統(tǒng)為先進(jìn)行一級在線除氣及一級在線除渣，然后再進(jìn)行 二級在線除氣及二級在線除渣。
[0026] 所述的一級在線除氣是采用Ar與Cl2混合氣體除氣，流量為5m3/t鋁熔體，Ar與 Cl 2流量比為1 :0. 05,分壓為0. 30MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為500rpm/min。
[0027] 所述的二級在線除氣是Ar采用除氣，流量為5m3/t鋁熔體，分壓為0.30MPa，轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)速為 500rpm/min〇
[0028] 所述的一級在線除渣采用的是50ppi的陶瓷過濾板，二級在線除渣采用的是 70ppi陶瓷過濾板。
[0029] 本發(fā)明鋁合金熔體除氣前后氫含量的對比：

【權(quán)利要求】
1. 一種低H含量航空航天用鋁合金熔體的制備方法，其特征在于：包括熔煉、精煉和 除氣除渣等步驟，過程如下： (1) 熔煉：將純度達(dá)99. 75%及以上的鋁錠投入熔煉爐中進(jìn)行熔煉，按配比稱重好并裝 爐后，采用熱能效率和密閉性好的蓄熱式噴嘴熔鋁爐進(jìn)行熔煉，在熔煉過程中用電磁攪拌 加速熔煉速度，并用扒渣車對鋁液夾渣進(jìn)行扒渣操作，控制扒渣時(shí)間小于45分鐘，扒渣后 取樣進(jìn)行成分分析，然后調(diào)整合金成分，使其合金成分達(dá)到要求，鋁液在熔煉爐內(nèi)時(shí)間低于 8h ； (2) 精煉：將鋁液加熱至710?760°C后轉(zhuǎn)至保溫爐內(nèi)進(jìn)行易燒損合金元素的添加以 及保溫、靜置，并進(jìn)行爐內(nèi)精煉，鋁液轉(zhuǎn)入保溫爐后，開啟電磁攪拌，并重新加熱至710? 760°C，合金成分合格后進(jìn)行初級精煉，精煉時(shí)采用Ar,氣體流量控制在40?80L/min，精煉 時(shí)間控制在10?30min，精煉過程中需要對鋁液表面的浮渣進(jìn)行清理，精煉完成后停止電 磁攪拌，并將鋁合金熔體靜置20?30min ; (3) 除氣除渣：靜置完成后，立即對鋁熔體進(jìn)行在線除氣、除渣，在線除氣、除渣采用的 是二級在線除氣、除渣系統(tǒng)，在線除氣采用的是N 2作為覆蓋氣體，防止凈化后的鋁液發(fā)生二 次氧化，氣體流量為2?4m3/h，除氣過程中鋁液溫度保持在710?760°C之間，最后過濾除 渣，過濾后的鋁熔體可以直接進(jìn)行澆注。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低H含量航空航天用鋁合金熔體的制備方法，其特征在 于：所述的鋁錠中，其中一級回收鋁的含量低于30%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低H含量航空航天用鋁合金熔體的制備方法，其特征在 于：所述的二級在線除氣及除渣系統(tǒng)為先進(jìn)行一級在線除氣及二級在線除氣，然后再進(jìn)行 一級在線除渣及二級在線除渣；或者先進(jìn)行一級在線除氣及一級在線除渣，然后再進(jìn)行二 級在線除氣及二級在線除渣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低H含量航空航天用鋁合金熔體的制備方法，其特征在 于：所述的一級在線除氣是采用Ar與Cl2混合氣體除氣，氣體流量為1?5m 3/t鋁熔體，Ar 與Cl2流量比為1 :0. 02?0. 05,分壓為0. 10?0. 30MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為300?500rpm/min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低H含量航空航天用鋁合金熔體的制備方法，其特征 在于：所述的二級在線除氣是Ar采用除氣，氣體流量為1?5m 3/t鋁熔體，分壓為0. 10? 0. 30MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 300 ?500rpm/min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低H含量航空航天用鋁合金熔體的制備方法，其特征在 于：所述的一級在線除渣采用的是30?50ppi的陶瓷過濾板，二級在線除渣采用的是30? 70ppi陶瓷過濾板。
【文檔編號】C22C1/02GK104212985SQ201410451480
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月8日
【發(fā)明者】楊文 , 唐露華, 何克準(zhǔn), 樂永康, 周文標(biāo), 彭自業(yè), 鄭玉林 申請人:廣西南南鋁加工有限公司