專利名稱：制備鋁合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備抑制氧化損失的鋁合金的方法。
背景技術(shù)：
過去，在制備包含Mg的合金的工藝中，通常的實(shí)踐是添加Be。Be在以少量添加時(shí)能夠抑制含Mg合金熔體的氧化損失且常常用于防止高活性Mg 合金熔體和各種其他包含Mg的合金熔體的燃燒。然而，對(duì)于Be已經(jīng)指出了健康影響問題。近來，已經(jīng)尋求避免使用其的方法。另一方面，添加Ca作為Be添加和覆蓋熔劑(cover flux)的替代方式的方法是已知的(Muromachi, Shigeo 禾口 Minegishi, Tomohiro, "Effect of Ca on Al-Mg Alloys，，， KEIKINZ0KU,卷 10，第 6 期，(1960): pp. 25-28)。此外，在日本專利公開(A)號(hào)2001-64743中，已經(jīng)證實(shí)添加Sr具有降低錠上表面氧化的作用。然而，關(guān)于在高溫熔融態(tài)時(shí)是否有抑制氧化損失的作用是不清楚的。因此，在實(shí)踐中，僅證實(shí)Ca是Be的替代方式。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供制備在不使用容易影響人體健康的Be的情況下抑制合金熔體的氧化損失的鋁合金的方法。為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明的鋁合金的制備方法使用處理含Mg的鋁合金熔體的方法，其特征為在該合金中添加Ca、Sr和/或Ba，其組成比落在圖1中所示的連接以下四個(gè)點(diǎn)的線所包圍的范圍內(nèi)且不包括點(diǎn)D 點(diǎn)A (Ca 18 at% ；Sr 0 at% ；Ba 82 at%);點(diǎn)B (Ca 14 at% ；Sr 34 at% ；Ba 52 at%);點(diǎn) C (Ca 33. 8 at% ；Sr 66. 2 at% ；Ba 0 at%);點(diǎn) D (Ca 100 at% ；Sr 0 at% ；Ba 0 at%),以調(diào)節(jié)該熔體中的 Ca,Sr 和 Ba 組分以包括 Ca 0. 001-0· 5 質(zhì)量％和以下之一或兩者Sr 0. 01-2. 8質(zhì)量％和Ba 0. 01-7. 83質(zhì)量％。作為調(diào)節(jié)Mg含量的方法，可以將該Ca、Sr和/或Ba組分添加到包含預(yù)設(shè)的Mg的鋁合金熔體中，但優(yōu)選添加該Ca、Sr和/或Ba組分以調(diào)節(jié)該熔體中的Ca、Sr和/或Ba組分，然后另外將Mg組分添加到該熔體中以將其調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)的Mg含量。本發(fā)明的制備鋁合金的方法適用于制備例如包含以下的鍛造材料鋁合金Mg: 0. 5-6. 0 質(zhì)量 ％ ；Si 0. 1-0. 5 質(zhì)量 ％ ；Fe 0. 7 質(zhì)量 ％ 或更低；Cu 0. 04-0. 2 質(zhì)量 ％ 禾口 Mn 0. 1-1. 0 質(zhì)量 ％。此外，其還適用于制備例如包含以下的鑄造鋁合金Mg 0. 5-11. 0質(zhì)量％ ；Si 0. 1-24. 0 質(zhì)量 % ；Fe 0. 1-1. 8 質(zhì)量 % ；Cu 0. 1-4. 5 質(zhì)量 % 和 Mn 0. 15-0. 6 質(zhì)量 ％。此外，其還適用于制備作為特別實(shí)例的包含以下的壓鑄鋁合金Mg 0. 5-10. 5質(zhì)量 ％ ；Si 0. 1-18. 0 質(zhì)量 ％ ；Fe 0. 5-1. 8 質(zhì)量 ％ ；Cu 0. 1-5. 0 質(zhì)量 ％ 和 Mn 0. 1-0. 6 質(zhì)量 ％。在本發(fā)明的制備鋁合金的方法中，添加該熔體的氧化損失抑制劑，即特定比例的 Ca,Sr和/或Ba的混合物，或者使用包含特定比例的Ca、Sr和/或Ba的混合物的復(fù)合物。因此，使用無害的熔體氧化損失抑制劑代替容易影響人體健康的Be能夠大大降低合金熔體的氧化損失。此外，能夠降低在包含Be的廢氣的處理、渣滓去除的工作等中所涉及的成本，因此能夠降低鋁合金的生產(chǎn)成本。
圖1是顯示Ca、Sr和Ba關(guān)于抗氧化性的關(guān)系的示圖。圖2是比較僅添加Ca和復(fù)合添加在抗氧化性方面的示圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明人對(duì)在制備不使用Be的含Mg鋁合金時(shí)熔體的氧化損失的抑制措施方面進(jìn)行了詳盡的研究。在該合金制備工藝中，該合金熔體在高溫狀態(tài)受到氧化損失。氧化的進(jìn)展程度對(duì)于每一所包含的元素不同。元素活性越高，氧化損失的進(jìn)展越快。在鋁合金中，特別地，5000系列和其他Al-Mg基合金都容易發(fā)生由Mg造成的氧化損失進(jìn)展。使用Al-Mg基合金時(shí)，合金性質(zhì)是由Mg的量確定的。即使僅僅少量Mg的減少也會(huì)影響合金性質(zhì)，因此防止Mg在制備工藝中損失是主要的工業(yè)問題。過去，必須持續(xù)測(cè)定熔體中的Mg量以補(bǔ)充熔體中Mg的減少量，但使用本發(fā)明，可以降低或消除這種負(fù)擔(dān)。這樣導(dǎo)致產(chǎn)率和工作效率的提高。過去，已經(jīng)使用添加Be的方法作為用于防止鋁合金熔體氧化損失的方法，但是由于健康影響的問題，優(yōu)選合金不含Be。作為代替Be的現(xiàn)有技術(shù)，添加無毒的Ca是已知的。然而，已知Ca取決于其添加量對(duì)合金性質(zhì)具有多個(gè)負(fù)面影響，例如熱裂和降低機(jī)械性質(zhì)和進(jìn)給能力。因此，決定添加Ca、Sr和/或Ba的組合。Ca、Sr和Ba都是對(duì)人體健康無毒的元素。通過復(fù)合添加，對(duì)氧化損失的抑制作用大于單獨(dú)添加Ca、Sr或Ba。此外，可以相對(duì)降低Ca的添加量，因此這樣還降低了 Ca的上述負(fù)面影響。下面將詳細(xì)解釋本發(fā)明。本發(fā)明的復(fù)合添加的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)顯示這種效果并且沒有特別限制，只要添加到含Mg 的鋁合金熔體中即可，且可以用于制備基本上所有的Al-Mg基合金，無論用于鍛造材料合金、鑄造合金、壓鑄合金等。注意Ca、Sr和/或Ba的復(fù)合添加的效果是抑制Mg在鋁合金熔體中的氧化損失。 因此，在制備Al-Mg基合金的工藝中，不是添加到預(yù)先包含含量略微大于抑制Mg含量由于氧化損失而降低所需的量的Mg的鋁合金熔體中，而是優(yōu)選在調(diào)節(jié)Mg含量之前將Ca、Sr和 Ba添加到該合金熔體中，然后添加Mg源以調(diào)節(jié)Mg含量。此外，可以將這些以固態(tài)形式添加到預(yù)先調(diào)節(jié)了組分的Al-Mg基合金錠中，然后將其熔化。對(duì)于制備工藝的其余部分，遵循現(xiàn)有的制備方法。首先，將解釋基于Ca、Sr和Ba的復(fù)合添加劑。作為該復(fù)合添加劑，使用包含組成比落在圖1中所示的連接以下四個(gè)點(diǎn)的線所包圍的范圍內(nèi)且不包括點(diǎn)D的Ca,Sr和Ba的添加劑點(diǎn)A (Ca 18 at% (原子％);Sr 0 at% ； Ba 82 at%);點(diǎn) B (Ca 14 at% ；Sr 34 at% ；Ba 52 at%)；點(diǎn) C(Ca 33. 8 at% ；Sr 66. 2 at% ； Ba 0 at%)禾口點(diǎn) D (Ca 100 at% ；Sr 0 at% ；Ba 0 at%)。在使用落在該線所包圍的區(qū)域以外的組成比的添加劑時(shí)，如后面所述，Ca、Sr和 Ba的含量落在預(yù)設(shè)值以外，不再獲得抑制氧化損失的預(yù)期效果。如果在添加基于Ca、Sr和Ba的復(fù)合添加劑之后不將Ca、Sr和Ba在鋁合金熔體中的量限制到預(yù)設(shè)值內(nèi)，不會(huì)得到預(yù)期的抑制氧化損失的效果。其在合金中的含量如下。Ca :0· 001-0. 5 質(zhì)量 ％
添加Ca對(duì)抑制氧化損失的效果是用0.001質(zhì)量％或更高的含量得到的。因此，Ca的添加量的下限值為0. 001質(zhì)量％。然而，如果Ca含量變得很高以致于超過0. 5質(zhì)量％時(shí)，將嚴(yán)重出現(xiàn)負(fù)面效果(無論用途如何)，例如熱裂和降低機(jī)械性質(zhì)和進(jìn)給能力，因此該上限值設(shè)定為0. 5質(zhì)量％。Sr :0· 01-2. 8 質(zhì)量 ％
添加Sr對(duì)抑制氧化損失的效果是用0. 01質(zhì)量％或更高的含量得到的。因此，Sr添加量的下限值為0. 01質(zhì)量％。此外，從其與Ca添加量之比的角度看來，其上限值設(shè)定為2. 8 質(zhì)量％。當(dāng)單獨(dú)添加0. 5質(zhì)量％的Ca量時(shí)，用于提高抑制氧化損失的效果的Sr的最大添加量為2.8質(zhì)量％。如果超過，那么該效果低于單獨(dú)添加Ca時(shí)的抑制氧化損失效果。因此， Sr的上限值為2.8質(zhì)量％。Ba :0· 01-7. 83 質(zhì)量 ％
添加Ba對(duì)抑制氧化損失的效果是用0. 01質(zhì)量％或更高的含量得到的。因此，Ba添加量的下限值為0. 01質(zhì)量％。此外，從其與Ca添加量之比的角度看來，其上限值設(shè)定為7. 83 質(zhì)量％。當(dāng)單獨(dú)添加0. 5質(zhì)量％的Ca量時(shí)，用于提高抑制氧化損失的效果的Ba的最大添加量為7. 83質(zhì)量％。如果超過，那么該效果低于單獨(dú)添加Ca時(shí)的抑制氧化損失效果。因此， Ba的上限值為7. 83質(zhì)量％。接下來，將解釋應(yīng)用本發(fā)明的復(fù)合添加技巧的鋁合金。作為應(yīng)用本發(fā)明的復(fù)合添加技巧的Al-Mg基合金的特別實(shí)例，本發(fā)明能夠用于包括以下的鋁合金Mg :0. 5質(zhì)量％或更高；Si 0. 1-24. 0質(zhì)量％ ；Cu 0. 04-5. 0質(zhì)量％ ；Mn 0. 1-2. 0質(zhì)量％和其他不可避免的元素。以下元素及其組合物對(duì)本發(fā)明的復(fù)合添加技巧沒有影響。換言之，本發(fā)明的復(fù)合添加技巧能夠適用，只要其用于包含以下元素范圍的鋁合金。Mg 0.5質(zhì)量％或更高
如果Mg含量低于0. 5質(zhì)量％，將難以得到本發(fā)明的抑制Mg氧化損失的效果，因此下限值設(shè)定為0. 5質(zhì)量％。此外，6. 0質(zhì)量％將使鍛造材料合金容易邊緣斷裂和晶間腐蝕，因此 6. 0質(zhì)量％設(shè)定為上限。進(jìn)而，從合金應(yīng)用的角度來看，對(duì)于鑄造合金的上限優(yōu)選設(shè)定為 11. 0質(zhì)量％，對(duì)于壓鑄合金為10. 5質(zhì)量％。超過11. 0質(zhì)量％的含量將造成鑄造開裂，并使應(yīng)用范圍變窄，因此上限值優(yōu)選為11. 0質(zhì)量％。Si :0· 1-24. 0 質(zhì)量 ％
Si的添加降低了熱膨脹系數(shù)并提高了硬度，因此改善了抗磨損性。然而，如果過量添加 Si，那么會(huì)形成粗Si晶體，可加工性降低。因此，為了使得這種作用能夠顯現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)包含0. 1質(zhì)量％或更高。就規(guī)定范圍的應(yīng)用而言，為了得到寬范圍應(yīng)用的合金組合物，對(duì)于鍛造材料合金，上限值優(yōu)選設(shè)定為6. 0質(zhì)量％，對(duì)于鑄造合金為24. 0質(zhì)量％，對(duì)于壓鑄合金為18. 0質(zhì)量％。Cu :0. 04-5. 0 質(zhì)量 ％
Cu具有提高強(qiáng)度的作用。0.04質(zhì)量％的含量使這種作用變得顯著。然而，從合金標(biāo)準(zhǔn)的角度而言，對(duì)于鍛造材料合金，優(yōu)選將上限值設(shè)定為0. 2質(zhì)量％，對(duì)于鑄造合金優(yōu)選設(shè)定為4. 5質(zhì)量％，對(duì)于壓鑄合金優(yōu)選設(shè)定為5. 0質(zhì)量％。Mn :0· 1-2. 0 質(zhì)量 ％
Mn具有使重結(jié)晶的顆粒變得更細(xì)和提高強(qiáng)度的作用。0. 1質(zhì)量％或更高的含量使這種作用變得顯著。然而，含量較大將降低可成形性，因此對(duì)于鍛造材料合金，優(yōu)選將上限值設(shè)定為2. 0質(zhì)量％ ；對(duì)于鑄造合金和壓鑄合金優(yōu)選設(shè)定為0. 6質(zhì)量％。作為其他不可避免的雜質(zhì)，Sn、Pb、B、V和rLx的含量?jī)?yōu)選限制為0. 1質(zhì)量％或更低。這樣，本發(fā)明的復(fù)合添加技巧能夠證實(shí)其效果，無論該合金是鍛造材料合金、鑄造合金還是壓鑄合金，只要其是包含0. 5質(zhì)量％或更多的Mg的鋁合金即可。因此，其能夠適用于制備廣泛范圍的構(gòu)件(例如建筑材料和壓力容器、輥筒、電氣器具/部件、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、 汽車部件、OA設(shè)備等)的方法。實(shí)施例1
將表1中所示的每一混合比的Ca、Ba和Sr添加到由以下構(gòu)成的Al-Mg基合金熔體中 Si 0. 03 質(zhì)量 ％ ；Fe 0. 05 質(zhì)量 ％ ；Cu 0. 01 質(zhì)量 ％ 或更少；Mn 0. 01 質(zhì)量 ％ 或更少；Mg 3. 45 質(zhì)量％ ；其余為Al和不可避免的雜質(zhì)。由每一得到的合金熔體制備錠，然后將該錠加工成重量為270mg的6. SmmO X 2. 7mm圓柱形試樣。然后，將每一試樣在露點(diǎn)為0°C且流速為50ml/min的純空氣物流氣氛中加熱到 800°C，升溫速率為30°C/min。在該溫度，該熔融態(tài)試樣被氧化。測(cè)定直至重量升高2%(即 2%的熔融態(tài)試樣被氧化且整體重量增大2% (5mg))的時(shí)間。將該測(cè)定值作為抗氧化性的指示因子。為了所述測(cè)定，使用由Shimadzu Corporation制造的熱重量分析儀器。顯示Ca、Ba和Sr的含量比(質(zhì)量％)以及在對(duì)Ca、Ba和Sr的重量和組成比進(jìn)行各種調(diào)節(jié)之后的試樣(A-Z)的抗氧化性指示因子的測(cè)定結(jié)果一起記錄在表1中。作為參照，使用精確相同的方法對(duì)沒有添加任何氧化損失抑制劑的試樣、添加Be 作為氧化損失抑制劑的試樣和僅僅添加Ba、僅添加Sr、僅添加Ca的試樣測(cè)定總重量增大2% (5mg)所花費(fèi)的時(shí)間。每一參照試樣的組成和抗氧化性指示因子示于表2中。注意，其中僅添加Be的試樣的Be含量為0. 006質(zhì)量％。如果描繪該抗氧化性指示因子與Ca含量的關(guān)系，表1和2中所示的結(jié)果如圖2中所示。從圖2中，能夠認(rèn)識(shí)到與僅添加Ca相比，Ca與Sr和/或Ba的復(fù)合添加得到優(yōu)異的抗氧化性。在這一點(diǎn)上，如上所述，添加Ca用于防止合金熔體的氧化損失的情況是公知的，但Ca具有多種效果(取決于其添加量)，例如熱裂和降低機(jī)械性質(zhì)和熔體性質(zhì)。因此，依照該合金用途，能夠添加的Ca的最大量是變化設(shè)置的。圖2中所示的結(jié)果顯示限制Ca添加量的問題是可以解決的。S卩，即使在每一合金試樣中Ca含量相同，但與Ba或Sr的復(fù)合添加得到更好得多的氧化損失抑制效果。例如， 當(dāng)設(shè)法實(shí)現(xiàn)與僅添加0. 1質(zhì)量％Ca的合金相同水平的氧化損失抑制效果時(shí)，使用與Ba和Sr 相結(jié)合的復(fù)合添加能夠?qū)a的添加量降低到約0. 056質(zhì)量％ ；而且，改變Ba和Sr的含量比導(dǎo)致比由僅添加0. 1質(zhì)量％Ca所得到的氧化損失抑制效果更大的效果。表1 實(shí)施例1中的Ca、Sr和Ba含量(質(zhì)量％)和抗氧化性指示因子
表2 參考實(shí)施例中的Ca、Sr和Ba含量和抗氧化性指示因子
權(quán)利要求
1.制備含Mg的鋁合金的方法，特征在于在該合金中添加組成比落在由圖1中所示的連接以下四個(gè)點(diǎn)的線所包圍的范圍內(nèi)且不包括點(diǎn)D的Ca、Sr和/或Ba 點(diǎn)A (Ca 18 at% ； Sr 0 at% ；Ba 82 at%)、點(diǎn) B (Ca 14 at% ；Sr 34 at% ；Ba 52 at%)；點(diǎn) C (Ca 33. 8 at% ； Sr 66. 2 at% 禾口 Ba 0 at%);點(diǎn) DCCa 100 at% ；Sr 0 at% ；Ba 0 at%),以將該熔體中的 Ca、 Sr和Ba組分調(diào)節(jié)到包括Ca 0. 001-0. 5質(zhì)量%和以下之一或兩者=Sr 0. 01-2. 8質(zhì)量%和 Ba 0. 01-7. 83 質(zhì)量 ％。
2.權(quán)利要求1的制備鋁合金的方法，進(jìn)一步包括在調(diào)節(jié)該合金熔體中的Ca、Sr和/或 Ba組分之后，另外插入Mg組分，并將其調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)的Mg含量。
3.權(quán)利要求1或2的制備鋁合金的方法，其中該含Mg的鋁合金是包含0.5質(zhì)量％或更多的Mg的合金。
全文摘要
制備鋁合金的方法，其在不使用容易影響人體健康的Be的情況下抑制了合金熔體的氧化損失。在制備含Mg的鋁合金熔體時(shí)，該方法在該合金中添加組成比落在由圖1中所示的連接以下四個(gè)點(diǎn)的線所包圍的范圍內(nèi)且不包括點(diǎn)D的Ca、Sr和/或Ba點(diǎn)A(Ca18at%；Sr0at%；Ba82at%)、點(diǎn)B(Ca14at%；Sr34at%；Ba52at%)；點(diǎn)C(Ca33.8at%；Sr66.2at%和Ba0at%)；點(diǎn)D(Ca100at%；Sr0at%；Ba0at%)，以將該熔體中的Ca、Sr和Ba組分調(diào)節(jié)到包括Ca0.001-0.5質(zhì)量%和以下之一或兩者Sr0.01-2.8質(zhì)量%和Ba0.01-7.83質(zhì)量%。
文檔編號(hào)C22C24/00GK102272340SQ20098015396
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者伊藤久和 申請(qǐng)人:日本輕金屬株式會(huì)社