· 130· 工业铝型材技术专集 铝合金的新型合金元素添加剂及其添加方法 王祝堂1，王殿楹2，王线峡天元铝业集团有限公司铝箔厂。河南三门峡472000) 摘要：现在工业上应用的500余种合金中约有480种需添加种种合金元素添加剂，以配成所需成分 的合金。添加元素可以用纯金属、中间合金和各种添加剂。对永安公司的速熔硅剂与A1—12Si中 间合金、新一代锰剂与一般锰添加剂作了对比试用研究，结果表明，速熔硅剂与新一代锰剂具有许 多优点，能大幅度降低生产成本。 关键词：铝合金；添加剂；结晶硅；速熔硅剂；锰剂 forAluminimn New ElementAdditive alloying andIts Method Alloy Adding WANG Zhencha03 Zhutan91，WANGDianyin92，WANG (1．Northeast Co．，Ltd．，Harbin，150060，C鼽hla； LightAlloy 2．Xi’an Machine Heavy Institute，Xi’an，710032，China； Foil Aluminium 3．AluminiumPlantofSanmenxia Tianyuan Abstract：Aluminiumcontainvarious as elements，such etc．generally alloys alloying Si，Mn，Cu，Mg，Zn，Ni are arewith and therethree toaddedthemtothealuminium．Thesemethods metal．intermediate ways pure alloy additive whichthe siliconandnovel additive agent，in manganese byYong’all express—melting produced muchbetterthanconventionaladditive． Corn．Ltd．，are words：aluminium Key alloy；additive；crystallinesilicon；express——melting 次于美国及13本的居世界第三位。在所消费铝中，多数(约82％)以合金材料形式应用于各个 部门，其余的18％是以工业纯铝与高纯铝(主要为1×××系合金)形式得到应用。匕卜一部：分 在加工成材料或铸造铸件前需添加一些金属与非金属元素以熔炼成合金。铝合金用的合金元 RE(混合稀土)、锶(sr)、磷(P)、钇(Y)等。 合金元素可以纯金属或非金属的形式直接加入铝熔体中或与铝一起熔化，一些低熔点的 合金元素如镁、锌、锡、铅、铋、镉、锂等多以这种形式添加，某些溶解度大的元素如铜、银、硅等 也可以这种形式加入。溶点高的合金元素则必须以中间合金的形式添加，如铁、镍、硅、铬、锰 以纯金属的形式加入时会产生大量烧损，也可制成中间合金加入。有些元素的含量极少、熔点 又高如铍锆、钒等可用盐的形式加入。对一些常用的、用量大的、熔点又高的合金元素可以粉 · 工业铝型材技术专集 · 131 末的形式加入。以这种形式添加，既可是喷粉也可是压块，但喷粉需要专用设备且工艺复杂。 在实际生产中未采用，采用压块是目前的主要添加方法。 本文根据作者在某些工厂的实践对采用江西省莲花县永安特种冶金材料有限公司的速熔 硅剂与锰添加剂的情况与效益加以简介、供读者参考。 1 速熔硅剂——第三代硅添加剂 硅是铝合金最常用的合金元素之一，在目前工业常用的500余种铝合金中，含硅的铝合金 的硅大致为5．5kt。 1．1加硅方法 在配制含硅的铝合金时，一般的加硅工艺有3种： (1)直接加硅法，即先将结晶硅块铺于炉底，再加铝锭或废铝，然后熔化； 中。这种合金的熔点为5770C； (3)速熔硅添加剂，这是目前最先进的硅添加剂，也可以说是第三代硅添加剂。是永安特 种冶金材料有限公司在消化吸收国外的先进技术基础上研制开发的。 直接加硅法在工业发达国家已不采用，在我国虽还在用，但并不普遍，仅一些规模较小的 厂仍在用。从表面上看，该法具有成本较低的特点，但由于具有如下的不足之处，以及因外加 硅延长熔炼时间而增加的铝烧损与可能增加的废品，不但不具备成本低的优势，反而会引起成 本上升。直接加硅的主要缺点是： (1)硅的熔解时间长，吸收率不稳，难以控制准确的预期成分，往往需要补硅调整成分，不 但加大消耗，而且会增加烧损，加大铝熔体吸气； (2)在通常的熔炼温度下结晶硅有时不能完全溶解，未溶解的硅存在于铝熔体内，铸造时 进入铸锭中，形成硅夹杂。硅的硬度高，会拉伤模具表面，我们曾在产品中发现过微小的硅质 点； (3)在炉料熔化前的升温阶段，置于炉底的结晶硅块表面会氧化，形成不溶的SiO，粒子， 成为细小的夹杂物。 这些细小的夹杂物，不但对产品的力学性能及表面质量产生不利的影响，而且会缩短模具 寿命。显然，这种加硅法是不可取的，不可再用。 我国目前多采用第二种加硅法，特别是在大的或较大的企业。这种加硅法的主要缺点是： (I)需要配制中间合金；加大能耗与铝的烧损。据匡算，如果我国熔炼含硅合金全部以越 154t； (2)质量低。一般配制中间合金采用废杂铝或纯度较低的铝，或用从炉渣中回收的再生 铝，因而舢一si中间合金含有较多的杂质，采用它加硅，会降低合金的纯净度； (3)A1一Si中间合金的硅含量较低，用量大，会使熔体温度下降，加大熔炼能耗。 速熔硅添加剂是90年代工业发达国家普遍采用的硅剂，它是由150目的纯硅粉、催化剂、 特种添加剂与微量铝粉压制而成的饼块，硅的含量高达95％。饼块装于塑料袋内。每袋5kg。 采用速熔硅添加剂可以完全避免加结晶硅或Al—Si中间合金的缺点，熔化时间极短。 ， 132· 工业铝型材技术专集 我们的试验结果见表1。 表1 A1一Si中间合金与永安速熔硅添加剂的性能对比与效果 1．2经济效益 我们在工业规模生产中采用速熔硅添加剂来配制6063变形铝合金与A356铸造铝合金， 不但达到了速配速成优质高产要求，而且取得了明显的经济效益，特别是对含硅量较高的铸造 铝合金。 1．2．1配制6063合金的成本节约 000 如配制含0．45％Si的6063合金It，需纯硅；1 kg×0．45％=4．5kg，则需要使用灿一 12Si中间合金量为：4．5kg+O．12=37．5 kg一4．5 kg，其中带入的铝增量为：37．5 用速熔硅则其量为：4．5／0．95÷95％(实收率)=5 kg。 故用A1—12Si中间合金锭的成本为： Vm=37．5P。一33PAl 而用速熔硅添加剂的成本为： E．=5P。 式中：圪一用A1—12Si中间合金锭时的成本，元； ”一用速熔硅添加剂时的成本，元； P。一址一12Si中间合金锭价格、元·kg～； P。l一原铝锭价格，元·kg～； P。一速熔硅添加剂价格，元·kg～。 kg，则它们的成本差价△K为： t 这就是说，每配制1 6063合金可减少原辅材料成本12．9元，一家年产10kt的铝型材厂 可降低成本12．9万元；2000年，全国含硅的铝材产量可达960kt，则可节省1238．4万元，这仅 是直接节约费用，而由于采用速熔硅添加剂使产品质量提高、熔炼时间缩短等所带来的间接效 益更十分可观。 1．2．2配制A356合金的成本节约 的原铺材料为： 速熔硅添加剂=％号黼=77．56kg； 镁锭=l 000kg×0．4％÷0．95=4．2kg(镁的实收率为95％)； 75％Ti添加剂=1 灿一10％Sr中间合金=1 000kg×0．01％=lkg； 工业铝型材技术专集 A199．7锭=(1 000—74—4—1．5—1)kg=923．5kg。 132．02元。 成本为：923．5×16．2+77．56×12+2．11×60+4．2×20+1×30=16 厂用速熔硅添加剂自行熔炼A356合金，则每吨至少可节约成本费500元，同时，质量可得到有 效的控制，更便于管理，这种间接经济效益也是不可忽视的。一年家产l百万个汽车轮毂的工 厂，若用永安公司的速熔硅添加剂配制合金，每年可节约原辅材料成本费5百万元。2000年我 国含硅铸造铝合金的消费量约1．2Mt，若全部用速熔硅添加剂配料，可节约成本约6亿元。 1．3速熔硅添加剂的加入方法 永安公司生产的速熔硅添加剂是由极细的活性硅粉高压制成的饼块，运输方便，加入方法 简单，在铝熔体中溶解极为迅速。我们曾对两种加入方法进行过对比，钟罩框加入与直接抛 投，它们的效果相等，可是前者较麻烦，故在生产时可采用抛投法。操作工艺： (1)将铝熔体温度调至700℃以上； (2)精心扒净熔体表面浮渣； 需注意的是，同其他添加剂一样，应保存于干燥处，若潮湿，使用前须置于炉旁干燥，以免 带进水分或产生有关安全方面的问题。 2新一代锰添加剂 司的新一代锰添加剂作了对比实验，表明后一种产品有较明显的优势；用量少，易储运，使用简 便，成分控制准确，成本较低，经济效果好等。可把锰添加剂分为：第一代——灿～Mn中间合 金，第二代～般锰添加剂，第三代——永安公司新一代锰添加剂。我们的试验对比结果示 于表2。 表2国内一般锰添加剂与永安新一代锰添加剂的性能比较 2．1锰添加剂用量 配制3003合金1t(按含0．8％Mn计算)，使用不同锰添加剂对其所需的量如下。 采用国内一般锰添加剂所需的量为： l 000kg×0．8％÷70％÷90％=12．69kg： ．134． 工业铝型材技术专集 采用永安公司新一代锰添加剂所需的量为： 1 000kg×0．8％÷75％÷98％=10．74kg。 2．2新一代锰添加剂的附加优点 生产实践表明，采用永安公司的新一代锰添加剂与其他添加剂配制3003合金，由于它们 的性能不同，带来的附加影响也不同。 2．2．1 铝烧损量 据我们的使用情况与国内某造币厂的生产统计，使用吸潮性较强的以氯盐作助熔剂的一 般锰添加剂，虽然其价格低一些，但由于其总会含有或多或少的水分，可使铝熔体的烧损加大 0．3％～0．5％，同时会增加铝熔体的含氢量，这些现象如不进行较长时间的细心观察与精确统 计，是不易发现的，因而往往被忽略。另外，含氯盐的一般锰添加剂存放时间长，往往效果会有 所下降，即不能较快地熔解，形成熔化不完全，造成不同熔次的锰含量有较大波动，甚至同一次 铸锭的上下部位的锰含量也不一致，造成产品性能不一致，质量受到影响。 可是，新一代的锰添加剂则不存在这些不利的作用，因其助熔剂为氟盐，不吸潮，不会带入 水分，有精炼作用，有良好的铝一渣分离效果。 由以上的分析与精确统计，使用含氯盐的一般锰添加剂时，每吨铝熔体的附加烧损量约为 3kg： l X0．3％=3 000kg k。 而使用永安公司的新型氟盐锰添加剂铝的附加烧损量可忽略不计。 2．2．2精炼成本 由于一般的氯盐锰添加剂会使铝熔体的渣增多，含气量上升，因而加大精炼工作量与净化 剂消耗量，每吨铝熔体的精炼成本约上升5元，这也是易于忽略的。 2．2．3使用锰添加剂带入的铝量 所有的锰添加剂都含有一定量的铝粉，加入锰剂会增加少量的铝，虽然其量甚少，但也具 有一定的经济价值，在大规模生产中也是不可忽视的。铝粉加入铝熔体中，如精心操作，根据 我们的工作经验，实收率可达80％。由此可知，熔炼It3003合金熔体： 使用一般锰添加剂带入的铝量为：

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