再生铝合金用晶粒细化剂、制备方法及其应用

本发明涉及金属材料回收利用领域，尤其涉及一种再生铝合金用晶粒细化剂、制备方法及其应用。

背景技术：

1、铝(aluminum)凭借其较轻的重量、良好的导热性、延展性、导电性，被广泛地运用在包装、建材、航天航空、车辆制造等各个领域，是仅次于钢铁的第二大应用金属。然而，铝资源相对匮乏的现状决定了：继续依靠原铝生产铝合金产品不是一条可持续的循环经济发展道路。

2、与原铝相比，再生铝(recycled aluminum)生产能将单位能耗降至原铝生产的4.86％，每生产1吨再生铝可节约3443千克标煤和22立方米水，减少碳排放量13.41吨，同时减少固废排放量20吨。因此，再生有色金属产业确定为节能环保产业和战略性新兴产业。

3、晶粒细化是提高再生铝性能的最有效的方法之一，目前，工业上一般采用添加市售al-5ti-1b晶粒细化剂来细化铝合金晶粒。晶粒细化可以减少铸造缩孔等缺陷，提高铸造组织的强度、硬度及塑韧性。但对于再生铝企业而言，市售al-5ti-1b晶粒细化剂成本高昂，且再生铝硅合金中复杂的杂质元素与高含量的硅元素会使细化剂发生细化衰退现象，即细化中毒。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种再生铝合金用晶粒细化剂、制备方法及其应用，旨在解决使用现有市售晶粒细化剂再生铝合金存在高成本、低产品质量等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种再生铝合金用晶粒细化剂，所述再生铝合金用晶粒细化剂的化学组成及质量百分数为5.5wt％≤ti≤5.7wt％、2.5wt％≤b≤3wt％、0.9wt％≤b≤1.1wt％、0.02wt％≤cu≤0.04wt％、0.13wt％≤fe≤0.15wt％、0.48wt％≤mg≤0.50wt％、0.02wt％≤mn≤0.04wt％、0.06wt％≤si≤0.08wt％、0.02wt％≤zn≤0.04wt％，余量为al以及其他不可避免的杂质元素。

3、本发明还提供了一种如上所述的再生铝合金用晶粒细化剂的制备方法，包括：将脱漆后废铝于740～760℃下熔融，得废铝熔体；提供氟硼酸钾、氟钛酸钾的片状混合盐；将所述片状混合盐压入所述废铝熔体，得混合熔体，并依次进行吹炼、浇铸以及水淬，得再生铝合金用晶粒细化剂；其中，所述片状混合盐中的钛元素和硼元素占所述混合熔体的比例分别为3.5～3.6wt％、1.5～1.76wt％。

4、进一步地，所述脱漆后废铝的获得方式为：将待脱漆的铝材置于铝材表面油漆的脱除装置的移动平台上，使用所述铝材表面油漆的脱除装置进行脱漆处理；对经所述脱漆处理后的铝材表面进行清洁处理，得脱漆后铝材；其中，所述铝材表面油漆的脱除装置的喷嘴与所述待脱漆的铝材的表面距离为25～30cm；所述脱漆处理的工作气体流速为0.5～1m3/h。

5、进一步地，所述脱除装置包括等离子体发生器、直流电源、气瓶以及移动平台；所述等离子体发生器的内部设有阴极，所述阴极与所述直流电源电连接；且所述等离子体发生器的下部设有喷嘴；所述直流电源以精度高于1％的恒流工作方式工作；且所述直流电源的工作功率为12～12.5kw；所述气瓶与所述等离子体发生器的连通；所述移动平台位于所述等离子体发生器的所述喷嘴的正下方；且所述移动平台可在竖直方向上移动。

6、进一步地，所述片状混合盐的获得方式为将所述氟硼酸钾和所述氟钛酸钾按照1.05～1.5：1的质量比混合研磨后，进行压片处理、烘干处理，得所述片状混合盐。

7、进一步地，所述吹炼的方式为采用石墨管插入所述废铝熔体，进行氮气吹炼；其中，所述氮气的流速为4～6m/s；所述氮气吹炼的时长为20～30min。

8、进一步地，所述浇铸的方式为将吹炼后熔体静置保温后倒出上层液渣，并将剩余熔体注入至石墨模具，得浇铸后熔体。

9、本发明还提供了一种如上所述的再生铝合金用晶粒细化剂或如上任意一项所述的制备方法制备出的再生铝合金用晶粒细化剂在废铝再生制备高性能铸造铝硅合金中的应用。

10、进一步地，所述废铝再生制备高性能铸造铝硅合金的步骤包括：将废铝依次进行熔融处理、熔体成分调配处理、晶粒细化处理、捞渣处理、保温处理、浇铸处理以及热处理，得高性能铸造铝硅合金。

11、其中，所述晶粒细化处理为向调配处理后熔体中加入占所述废铝质量的0.2～0.3％的再生铝合金用晶粒细化剂。

12、进一步地，所述高性能铸造铝合金的晶粒平均尺寸不高于140μm；所述高性能铸造铝合金的抗拉强度不低于320mpa。

13、本发明达到的有益效果：

14、本发明提供的再生铝合金用晶粒细化剂，同时具有al3ti、ti2b、tib等以ti为主的常规有效形核颗粒和alb2、alb10、alb12等不易与si元素发生包晶反应的富硼有效形核颗粒，这些均匀分散的有效形核颗粒同时稳定存在，解决了现有市售如al-5ti-1b晶粒细化剂细化再生铝硅合金时，成本高、易硅中毒、细化效果不稳定的问题。

15、且该再生铝合金用晶粒细化剂的制备工艺简单，利用脱漆后废铝，从源头规避废铝制备细化剂易引入涂层(废铝表面油漆)中杂质元素的问题，节能环保、制备成本较低；且体系中过量的硼将与废铝熔体中的杂质铁元素结合，生成铁硼化合物(fe3b)，铁硼化合物易被溶剂捕获，实现杂质铁元素的去除，易于获得稳定性好的再生铝合金用晶粒细化剂。

16、将该再生铝合金用晶粒细化剂应用到制备高性能铸造铝硅合金，再生铝合金用晶粒细化剂投加进入再生铝硅合金液(调配处理后熔体)后，其alb10、alb12可以缓慢转变成alb2，有效避免了alb2在投加初期团聚，造成细化效果下降，实现长效细化作用。有效解决了现有技术中采用如市售al-5ti-1b晶粒细化剂成本高昂、易细化中毒的技术缺陷，实现了铝的再生、循环利用，促进了有色金属回收利用行业的发展，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种再生铝合金用晶粒细化剂，其特征在于，所述再生铝合金用晶粒细化剂的化学组成及质量百分数为5.5wt％≤ti≤5.7wt％、2.5wt％≤b≤3wt％、0.9wt％≤b≤1.1wt％、0.02wt％≤cu≤0.04wt％、0.13wt％≤fe≤0.15wt％、0.48wt％≤mg≤0.50wt％、0.02wt％≤mn≤0.04wt％、0.06wt％≤si≤0.08wt％、0.02wt％≤zn≤0.04wt％，余量为al以及其他不可避免的杂质元素。

2.一种如权利要求1所述的再生铝合金用晶粒细化剂的制备方法，其特征在于，包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述脱漆后废铝的获得方式为：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述脱除装置包括等离子体发生器、直流电源、气瓶以及移动平台；

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述片状混合盐的获得方式为将所述氟硼酸钾和所述氟钛酸钾按照1.05～1.5：1的质量比混合研磨后，进行压片处理、烘干处理，得所述片状混合盐。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述吹炼的方式为采用石墨管插入所述废铝熔体，进行氮气吹炼；

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述浇铸的方式为将吹炼后熔体静置保温后倒出上层液渣，并将剩余熔体注入至石墨模具，得浇铸后熔体。

8.一种如权利要求1所述的再生铝合金用晶粒细化剂或如权利要求2～7任意一项所述的制备方法制备出的再生铝合金用晶粒细化剂在废铝再生制备高性能铸造铝硅合金中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述废铝再生制备高性能铸造铝硅合金的步骤包括：

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述高性能铸造铝合金的晶粒平均尺寸不高于140μm；所述高性能铸造铝合金的抗拉强度不低于320mpa。

技术总结本发明提供了一种再生铝合金用晶粒细化剂、制备方法及其应用，该晶粒细化剂同时具有Al<subgt;3</subgt;Ti、Ti<subgt;2</subgt;B、TiB等以Ti为主的常规有效形核颗粒和AlB<subgt;2</subgt;、AlB<subgt;10</subgt;、AlB<subgt;12</subgt;等不易与Si元素发生包晶反应的富硼有效形核颗粒，解决了现有晶粒细化剂细化再生铝硅合金时，成本高、易硅中毒、细化效果不稳定的问题。且其制备工艺简单，节能环保、制备成本较低；实现了杂质铁元素的去除，易于获得稳定性好的再生铝合金用晶粒细化剂。其应用到制备高性能铸造铝硅合金，有效解决了现有晶粒细化剂成本高昂、易细化中毒的技术缺陷，实现了铝的再生、循环利用，促进了有色金属回收利用行业的发展，具有广阔的应用前景。技术研发人员：闵小波,彭聪,蓝珊琳,徐佐,朱志华,柴立元,刘恢,王云燕,柯勇,李世德,李云,李萦熙,孙竹梅受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13