阅读说明：本技术 一种基于改变富铁相形态的高性能再生铝的加工工艺 (Processing technology of high-performance secondary aluminum based on change of iron-rich phase form ) 是由 杨勇 张枫 张育玮 田莉 于 2019-10-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于改变富铁相形态的高性能再生铝的加工工艺,涉及合金加工技术领域,包括步骤：(1)变质剂的制备,(2)再生铝的制备；本发明以废铝料作为原料,通过添加变质剂来改变富铁相的形态,从而降低废铝料中高含量铁的存在对再生铝使用性能的不利影响,实现了废铝料的再利用并优化了所制再生铝的使用性能；对所制再生铝的使用性能进行测试,结果显示经变质剂处理所制再生铝的抗拉强度增幅能够达到32％以上,延伸率增幅能够达到106％以上。(The invention discloses a processing technology of high-performance secondary aluminum based on changing of a rich iron phase form, which relates to the technical field of alloy processing and comprises the following steps: (1) preparing a modifier, (2) preparing secondary aluminum; the invention takes the waste aluminum material as the raw material, changes the form of the iron-rich phase by adding the alterant, thereby reducing the adverse effect of the high-content iron in the waste aluminum material on the service performance of the secondary aluminum, realizing the reutilization of the waste aluminum material and optimizing the service performance of the prepared secondary aluminum; the use performance of the prepared regenerated aluminum is tested, and the result shows that the tensile strength of the regenerated aluminum treated by the modifier can be increased by more than 32 percent, and the elongation rate can be increased by more than 106 percent.)

一种基于改变富铁相形态的高性能再生铝的加工工艺

技术领域：

本发明涉及合金加工技术领域，具体涉及一种基于改变富铁相形态的高性能再生铝的加工工艺。

背景技术：

Fe元素是再生铝中最为常见的杂质元素，在铝熔体中具有较高的溶解度，700℃、800℃时最大溶解度可高达2.5％和5.0％，但在室温下的固溶度很低，仅为0.05wt％，其余铁相均以第二相的形式存在，通常称为富铁相。根据富铁相形态大致可以分为两类，α-Fe相和β-Fe相，其中β-Fe相主要以狭长针状形态分布在晶界中，受力时严重割裂基体，塑性急剧下降。目前，主要通过除铁或改变富铁相形态的方式来减轻其对再生铝合金性能的不利影响。其中，改变富铁相形态不仅具有工艺简单、易操作、成本较低等优点，而且可将有害的杂质元素变成有益元素，实现杂质元素的综合利用。

目前，常用于改变富铁相形态的方法有：添加合金元素法，如Mn、Cr、Be、Co、Sr、Sc等元素；熔体处理法，如熔体保温、超声、电磁、机械振动等处理；改变冷却速度和后续热处理法。其中，添加合金元素法具有操作简便、成本低的独特优势。专利CN106319275B公开了一种再生铝中富铁相的变质剂及变质方法，以Mn剂和B剂作为变质剂，并控制Mn/Fe的原子比以及B/Fe的原子比，得到变质处理后的再生铝。为了在该专利的基础上更加优化变质处理后的再生铝的使用性能，本发明对该专利的变质方法进行了改进，并取得了更加优于该专利的技术效果。

发明内容

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本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于改变富铁相形态的高性能再生铝的加工工艺，该工艺操作简便，在不增添设备的条件下实现低成本加工，并且所制再生铝的使用性能优良，能够大大扩宽再生铝的应用范围。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种基于改变富铁相形态的高性能再生铝的加工工艺，包括以下步骤：

(1)变质剂的制备：将Al-Mn合金、Al-V合金和熔剂按比例混合后先加热至500-600℃预热，再继续加热至950-1050℃熔炼得到熔体，保温备用；

(2)再生铝的制备：将经过配料后的废铝料装入熔炼炉中，使各元素的含量分别达到Si 3-10％，Fe 1-5％，Mg 0.1-2％，Cu 0.05-1％，不可避免的杂质0-0.1％，余量为Al；升温至700-800℃后加入步骤(1)所制变质剂，保温熔炼，搅拌除气并扒渣，静置，出炉浇铸。

本发明通过元素Mn和元素V的引入来改变富铁相的优势生长取向从而消除β-Fe相。虽然本发明采用了本领域已经公开的元素Mn来改变富铁相形态，但将元素V协同元素Mn来改变富铁相形态的应用不属于本领域的现有技术和公知常识。

所述Al-Mn合金中的Mn含量为10-40％，Al-V合金中的V含量为0.5-5％。

所述熔剂由质量比1:1-25的CaF₂和KCl组成。

所述熔剂的用量为Al-Mn合金和Al-V合金总质量的5-20％。

所述Al-Mn合金和Al-V合金的用量为使所制再生铝中Mn/Fe的原子比为0.1-0.5，V/Fe的原子比为0.01-0.25。

为了进一步优化所制再生铝的使用性能，本发明还在变质剂制备时添加了二氧化碲TeO₂，通过引入元素Te来在富铁相形成初期吸附在富铁相表面，抑制富铁相的长大，具体技术方案如下：

一种基于改变富铁相形态的高性能再生铝的加工工艺，包括以下步骤：

(1)变质剂的制备：将Al-Mn合金、Al-V合金、TeO₂和熔剂按比例混合后先加热至500-600℃预热，再继续加热至950-1050℃熔炼得到熔体，保温备用；

(2)再生铝的制备：将经过配料后的废铝料装入熔炼炉中，使各元素的含量分别达到Si 3-10％，Fe 1-5％，Mg 0.1-2％，Cu 0.05-1％，不可避免的杂质0-0.1％，余量为Al；升温至700-800℃后加入步骤(1)所制变质剂，保温熔炼，搅拌除气并扒渣，静置，出炉浇铸。

所述Al-Mn合金中的Mn含量为10-40％，Al-V合金中的V含量为0.5-5％。

所述熔剂由质量比1:1-25的CaF₂和KCl组成。

所述熔剂的用量为Al-Mn合金、Al-V合金和TeO₂总质量的5-20％。

所述Al-Mn合金、Al-V合金和TeO₂的用量为使所制再生铝中Mn/Fe的原子比为0.1-0.5，V/Fe的原子比为0.01-0.25，Te/Fe的原子比为0.005-0.1。

为了减少初生富铁相的生长时间和生长空间，本发明还在变质剂制备时添加了氟化钇YF₃，具体技术方案如下：

(1)变质剂的制备：将Al-Mn合金、Al-V合金、TeO₂、YF₃和熔剂按比例混合后先加热至500-600℃预热，再继续加热至950-1050℃熔炼得到熔体，保温备用；

(2)再生铝的制备：将经过配料后的废铝料装入熔炼炉中，使各元素的含量分别达到Si 3-10％，Fe 1-5％，Mg 0.1-2％，Cu 0.05-1％，不可避免的杂质0-0.1％，余量为Al；升温至700-800℃后加入步骤(1)所制变质剂，保温熔炼，搅拌除气并扒渣，静置，出炉浇铸。

所述Al-Mn合金中的Mn含量为10-40％，Al-V合金中的V含量为0.5-5％。

所述熔剂由质量比1:1-25的CaF₂和KCl组成。

所述熔剂的用量为Al-Mn合金、Al-V合金和TeO₂总质量的5-20％。

所述Al-Mn合金、Al-V合金、TeO₂和YF₃的用量为使所制再生铝中Mn/Fe的原子比为0.1-0.5，V/Fe的原子比为0.01-0.25，Te/Fe的原子比为0.005-0.1，Y/Fe的原子比为0.005-0.1。

本发明的有益效果是：本发明以废铝料作为原料，通过添加变质剂来改变富铁相的形态，从而降低废铝料中高含量铁的存在对再生铝使用性能的不利影响，实现了废铝料的再利用并优化了所制再生铝的使用性能；对所制再生铝的使用性能进行测试，结果显示经变质剂处理所制再生铝的抗拉强度增幅能够达到32％以上，延伸率增幅能够达到106％以上。

具体实施方式

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为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

以下实施例和对比例中所采用的各原料都是购自于同一厂家的同批同规格的物料，因此实施例和对比例中所采用的相应各原料在成分上完全相同。

实施例1

(1)变质剂的制备：将Al-Mn合金、Al-V合金和熔剂混合后先加热至550℃预热15min，再继续加热至1050℃熔炼30min得到熔体，保温备用；

(2)再生铝的制备：将经过配料后的废铝料装入熔炼炉中，使各元素的含量分别达到Si 6.1％，Fe 2.7％，Mg 0.5％，Cu 0.4％，不可避免的杂质0.005％，余量为Al；升温至800℃后加入步骤(1)所制变质剂，保温熔炼30min，搅拌除气并扒渣，静置1h，出炉浇铸。

Al-Mn合金中的Mn含量为26％，Al-V合金中的V含量为2.8％；熔剂由质量比1:18的CaF₂和KCl组成；熔剂的用量为Al-Mn合金和Al-V合金总质量的12％；Al-Mn合金和Al-V合金的用量为使所制再生铝中Mn/Fe的原子比为0.25，V/Fe的原子比为0.03。

实施例2

将实施例1中的V/Fe的原子比替换为0.04，其余同实施例1。

实施例3

将实施例1的步骤(1)替换为“变质剂的制备：将Al-Mn合金、Al-V合金、TeO₂和熔剂混合后先加热至550℃预热15min，再继续加热至1050℃熔炼30min得到熔体，保温备用”，并且Te/Fe的原子比为0.02，其余同实施例1。

实施例4

将实施例1的步骤(1)替换为“变质剂的制备：将Al-Mn合金、Al-V合金、TeO₂、YF₃和熔剂混合后先加热至550℃预热15min，再继续加热至1050℃熔炼30min得到熔体，保温备用”，并且Te/Fe的原子比为0.02，Y/Fe的原子比为0.02，其余同实施例1。

对比例

将实施例1的步骤(1)替换为“将Al-Mn合金和熔剂混合后先加热至550℃预热15min，再继续加热至1050℃熔炼30min得到熔体，保温备用”，其余同实施例1。

空白例

将实施例1的步骤(1)删除，即不添加变质剂，其余同实施例1。

分别利用上述实施例和对比例制备再生铝，并依照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸实验第1部分：室温试验方法》测试抗拉强度和延伸率，以空白例为基准，计算抗拉强度增幅和延伸率增幅，测试结果如表1所示。

表1实施例和对比例所制再生铝的抗拉强度和延伸率

组别	抗拉强度/MPa	抗拉强度增幅/％	延伸率/％	延伸率增幅/％
					实施例1	307	32.9	16.3	106.3
实施例2	308	33.3	16.5	108.9
					实施例3	315	36.4	17.2	117.7
实施例4	320	38.5	18.0	127.8
					对比例	292	26.4	14.8	87.3
空白例	231	/	7.9	/

由表1可知，本发明通过变质剂的使用以及变质剂制备时Al-V合金、TeO₂、YF₃的添加能够显著增强所制再生铝的抗拉性能和延伸性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。