CN118291789A - 调控再生铝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种调控再生铝的方法，包括以下步骤：提供再生铝和Mn；对所述再生铝进行第一次加热处理，得到再生铝液；对所述再生铝液进行化验，获得所述再生铝液的Fe含量；根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、及预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为0.5‑2：1；及向所述再生铝液中加入Mn，进行第二次加热处理，电磁搅拌和扒渣处理后，获得铝合金液。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种调控再生铝的方法。
背景技术
再生铝来源复杂，且Fe含量相对较高。再生铝中的Fe杂质元素会形成针状或片状的β富铁相。由再生铝制得的铝铸件在受力时，上述富铁相会严重割裂铝基体，导致铝铸件的塑性急剧下降，从而严重地影响到铝铸件的品质、后续加工性能及使用范围，极大地制约了废铝的再生利用和铝资源的可持续发展。
目前，通常采用化学法对再生铝进行调控，来降低再生铝中的Fe含量或变质再生铝中的Fe形貌，以减小富铁相对铝铸件的影响。然而，上述化学法对再生铝的调控效果并不理想。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种调控再生铝的方法，旨在有效地调控再生铝，获得综合性能优异的铝合金。
本发明提供一种调控再生铝的方法，包括以下步骤：
提供再生铝和Mn；
对所述再生铝进行第一次加热处理，得到再生铝液；
对所述再生铝液进行化验，获得所述再生铝液的Fe含量；
根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、及预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为0.5-2：1；及
向所述再生铝液中加入Mn，进行第二次加热处理，电磁搅拌和扒渣处理后，获得铝合金液。
进一步地，满足以下条件的至少一种：
预设的Mn与Fe的质量比为0.6-1.6：1；
所述第一次加热处理的温度为680-720℃；
所述第二次加热处理的温度为740-780℃；
所述铝合金液中，Mn的质量百分比含量为0.1-2％。
进一步地，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入Mn时，向所述再生铝液中加入Cr，其中，所述铝合金液中，Cr的质量百分比含量为0-0.4％。
进一步地，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入Mn时，向所述再生铝液中加入RE，其中，所述铝合金液中，RE的质量百分比含量为0-0.8％。
进一步地，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入Mn时，向所述再生铝液中加入Co、Be及Ca中的至少一种，其中，满足以下条件的至少一种：
所述铝合金液中，Co的质量百分比含量为0-1％；
所述铝合金液中，Be的质量百分比含量为0-0.1％；
所述铝合金液中，Ca的质量百分比含量为0-0.1％。
进一步地，所述“向所述再生铝液中加入Mn”之前，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入B，其中，所述铝合金液中，B的质量百分比含量为0-1％。
进一步地，所述“向所述再生铝液中加入Mn”之后，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入Ti和Sr，其中，所述铝合金液中，Ti的质量百分比含量为0-1.5％，Sr的质量百分比含量为0-0.5％。
进一步地，所述“向所述再生铝液中加入Mn”之后，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入C，其中，所述铝合金液中，C的质量百分比含量为0-0.5％。
进一步地，所述“向所述再生铝液中加入Mn”之后，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入Nb、Ni、Te、In、Mo、Ag、Cd、V的至少一种的步骤。
进一步地，满足以下条件的至少一种：
所述铝合金液中，Nb的质量百分比含量为0-0.3％；
所述铝合金液中，Ni的质量百分比含量为0-0.5％；
所述铝合金液中，Te的质量百分比含量为0-0.5％；
所述铝合金液中，In的质量百分比含量为0-0.5％；
所述铝合金液中，Mo的质量百分比含量为0-0.5％；
所述铝合金液中，Ag的质量百分比含量为0-0.1％；
所述铝合金液中，Cd的质量百分比含量为0-0.5％；
所述铝合金液中，V的质量百分比含量为0-0.1％。
本发明技术方案中，可对再生铝液进行化验，得到再生铝液的Fe含量，再根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、及预设的Mn与Fe的质量比，来计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量。预设的Mn与Fe的质量比为0.5-2：1，在该质量比范围下，Mn可显著细化再结晶晶粒和第二相，有效地将粗大的针状或片状的β-AlFeSi相转变成为小颗粒状的α-Al(FeMn)Si弥散质点来改善Fe形貌，还可与Fe反应形成α-(Fe,Mn)Al6相来降低Fe含量，使得调控后得到的铝合金具有较佳的综合性能(包括力学性能和电导率等)。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种调控再生铝的方法，包括以下步骤：
提供再生铝和Mn；
于680-720℃的温度下对所述再生铝进行第一次加热处理，得到再生铝液；
对所述再生铝液进行化验，获得所述再生铝液的Fe含量；
根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、及预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为0.5-2：1；
向所述再生铝液中加入Mn，于740-780℃的温度下进行第二次加热处理，电磁搅拌和扒渣处理后，获得铝合金液；及
对所述铝合金液进行成型处理，得到铝合金。
再生铝是重新熔化废旧铝和废铝合金材料，或重新熔化含铝的废料，提炼到的铝合金。
电磁搅拌一方面可加速Mn的溶解，另外一方面还可使更多的Mn与Fe均匀参与反应，生成更加弥散细小的α-Al(FeMn)Si相，提高变质Fe的效果。
在对所述再生铝进行第一次加热处理前，可对所述再生铝料进行预处理，如分拣、破碎、磁选除铁、清洗等。还可对再生铝的成分及含量进行第一次检测，可采用光电直读光谱仪或化学分析法对再生铝的成分及含量进行第一次检测。如此，可根据检测结果将成分和含量较为接近的再生铝混合于一起，避免混合后的再生铝存在成分过于复杂、某些元素含量超标、某些元素含量不达标等情况。
对所述经再生铝液进行化验前，还可对所述再生铝液进行精炼处理，去除表面浮渣，来去除杂质。所述精炼处理的温度为690-750℃，时间为10-20分钟。所述精炼处理的精炼剂可包括以下重量份的原料：KF60-70份、NaC150-60份、LiCl40-60份、冰晶石20-25份、AIF310-25份、CaF210-15份、轻质碳酸钙5-10份、石墨粉15-20份、滑石粉10-20份、MgCl220-30份、稀土酸盐10-30份。所述稀土酸盐可为轻稀土的氯化物、氟化物、硝酸化合物中的一种及其以上复配。所述稀土酸盐可为重稀土的氯化物、氟化物、硝酸化合物中的一种及其以上复配。所述精炼剂与再生铝液的质量比为0.0013-0.0018：1。
预设的Mn与Fe的质量比优选为0.6-1.6：1。预设的Mn与Fe的质量比可为0.5：1、0.6：1、0.7：1、0.8：1、0.9：1、1：1、1.1：1、1.2：1、1.3：1、1.14：1、1.5：1、1.6：1、1.7：1、1.8：1、1.9：1、或2：1。
所述铝合金液中，Mn与Fe的质量比可为0.5-2：1，优选为0.6-1.6：1具体可为0.5：1、0.6：1、0.7：1、0.8：1、0.9：1、1：1、1.1：1、1.2：1、1.3：1、1.14：1、1.5：1、1.6：1、1.7：1、1.8：1、1.9：1、或2：1。
Mn可以单质或合金(如Al-Mn中间合金)的形式加入，Al-Mn中间合金的分散性佳，易于溶入再生铝液中。所述铝合金液中，Mn的质量百分比含量为0.1-2％，具体可为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、或2％。对于低铁类的再生铝，可只加入Mn来进行调控，Mn可将粗大的针状β-AlFeSi相转变成为小颗粒状的α-Al(FeMn)Si相弥散质点，可改善Fe形貌来消除Fe的不利影响。具体的，Mn可代替粗大的针状β-AlFeSi相中的部分Fe，生成小颗粒状的弥散β-Al(FeMn)Si相，β相的生成和生长得到改善，从而减小Fe的有害影响；Mn还可促进均匀化处理过程中针状的β-Al(FeMn)Si相向小颗粒状的α-Al(FeMn)Si弥散相转变，α-Al(FeMn)Si弥散相能阻碍热变形后晶粒的长大，以改善铝合金的综合性能(包括但不限于力学性能、导电性能及塑性等)。生成的α-Al(FeMn)Si相弥散质点分布在铝基体中，并强烈地钉扎在铝合金的亚晶界，这主要是因为铝合金中含Mn的α相弥散质点可作为β′相时效过程中的非均匀成核位置而诱发其成核，从而加速β′相的析出。Mn还可阻止再生铝的再结晶过程、提高再结晶温度，并可显著细化再结晶晶粒，其中，Mn对再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6弥散质点来阻碍再结晶晶粒长大，MnAl6还可溶解Fe形成α-(Fe,Mn)Al6相，来降低Fe含量并减小Fe的有害影响。
所述电磁搅拌的频率为10-30Hz，时间为1-10min。所述电磁搅拌处理可以细化晶粒，还可使Fe相的形貌发生改变(如可将长针状或块状Al(FeMn)Si相转变为弥散分布的纳米级球状Al(MnFe)Cu相)。
所述成型处理可为压铸、轧制、挤压、拉拔、锻造、旋压、成型工(如冷冲压、冷变、深冲等)、及深度加工(车床加工、冲压、钻孔、攻牙)等。
本发明技术方案中，可对再生铝液进行化验，得到再生铝液的Fe含量，再根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、及预设的Mn与Fe的质量比，来计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量。预设的Mn与Fe的质量比为0.5-2：1，在该质量比范围下，Mn可显著细化再结晶晶粒和第二相，有效地将粗大的针状或片状的β-AlFeSi相转变成为小颗粒状的α-Al(FeMn)Si弥散质点来改善Fe形貌，还可与Fe反应形成α-(Fe,Mn)Al6相来降低Fe含量，使得调控后得到的铝合金具有较佳的综合性能(包括力学性能和电导率等)。
向所述再生铝液中加入Mn之前，可于710-740℃的温度下向所述再生铝液中加入B，电磁搅拌。向所述再生铝液中加入Mn时，可一并向所述再生铝液中加入Cr和/或RE，电磁搅拌。向所述再生铝液中加入Mn后，可于700-760℃的温度下再向所述再生铝液中加入Ti、Sr、及C中的至少一种，电磁搅拌。
电磁搅拌一方面可加速Mn及其他合金元素的溶解，另外一方面还可使更多的Mn与Fe参与反应，生成更加弥散细小的α-Al(FeMn)Si相，提高变质Fe的效果。
Cr、RE、B、Ti、Sr、C可以单质或合金(如Al-Cr中间合金、Al-RE中间合金、Al-B中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Ti-C中间合金、Al-Ti-B中间合金、Ti-C-B中间合金、Al-Sr中间合金、或Al-C中间合金)的形式加入，中间合金的分散性佳，易于溶入再生铝液中。
所述铝合金液中，Cr的质量百分比含量为0-0.4％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、或0.4％。Cr可将针状β-Fe相转变为α-Fe相，以改善Fe形貌来消除Fe的有害影响，还可容易与Fe形成弥散相，来降低Fe含量并减小Fe的有害影响。Cr在再生铝液中形成的(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金属间化合物可阻碍再结晶的形核和长大过程，可提高再生铝的韧性、抗拉强度、伸长率、并降低应力腐蚀开裂敏感性。Cr在铝合金中形成的多种含铬的细小化合物在固溶阶段可再次溶解在α相中，在时效阶段弥散析出多种含Cr相，如α-AlCrSi弥散相等，这些含Cr相可作为θ"相非均匀形核的核心，加快θ"相的形成，来提高再生铝的力学性能和热稳定性。同时，含Cr相在基体中的弥散析出，必然对在晶界处析出的θ′相的形成具有一定的延迟作用。另外，Mn和Cr可与Fe和Si形成弥散分布的α-Al(FeMnCr)Si相，α-Al(FeMnCr)Si相的体密度高和热稳定性强，钉扎晶粒边界抑制再结晶，可有效控制再生铝的热变形后的回复、再结晶行为和晶粒长大过程，进而控制晶粒大小。
所述铝合金液中，RE的质量百分比含量为0-0.8％，具体为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、或0.8％。RE可为La、Ce、Pr、Nd、Er、Sm、Y、及Gd中的至少一种。RE与Fe相分布区域一致，可富余在Fe相表面形成稀土活性膜，防止在晶界上形成硬脆的β-AlFeSi相。RE为表面活性元素，半径大于Al半径，不能进入α-Al晶格，但能偏聚在晶界上或吸附在固液界面上，形成分过冷，促使枝晶熔断机会增大，从而细化晶粒。
Mn与Cr的质量比为1-15：1，优选为3-10：1，具体可为1：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1、10：1、11：1、12：1、13：1、14：1、或15：1。
Mn与RE的质量比为1-80：1，优选为5-50：1，具体可为1：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1、10：1、11：1、12：1、13：1、14：1、或15：1、20：1、25：1、30：1、35：1、40：1、45：1、50：1、55：1、60：1、65：1、70：1、75：1、或80：1。
所述再生铝液中，Mn、Cr、及RE三者的质量之和与Fe的质量之比为0.8-3：1，具体可为0.8：1、0.9：1、1：1、1.2：1、1.4：1、1.6：1、1.8：1、2：1、2.2：1、2.4：1、2.6：1、2.8：1、或3：1。加入至再生铝液中的Mn、Cr、及RE的质量比可为1-30：0.1-10：1，优选为5-15：0.5-2：1。在该比例下，Mn、Cr、及RE可有效地改善铁形貌、降低铁含量并细化结晶及第二相。Mn、Cr、及RE的质量比具体可为1：0.1：1、1：0.5：1、1：1：1、1：5：1、1：10：1、5：0.1：1、5：0.5：1、5：1：1、5：5：1、5：10：1、10：0.1：1、10：0.5：1、10：1：1、10：5：1、10：10：1、20：0.1：1、20：0.5：1、20：1：1、20：5：1、20：10：1、30：0.1：1、30：0.5：1、30：1：1、30：5：1、或30：10：1。
所述铝合金液中，B的质量百分比含量为0-1％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、或1％。可以理解的，当Ti或C以Al-Ti-B中间合金或Ti-C-B中间合金的形式加入时，也一并加入了B。此时，B的总质量百分比含量为0-0.5％，以Al-Ti-B中间合金和/或Ti-C-B中间合金形式加入的B的质量百分比含量不大于0.05％。B可与Fe发生硼化反应生成可与再生铝液分离的硼铁化合物来降低Fe含量，易吸附在富铁相表面，抑制富铁相的长大，起到控制富铁相的尺寸的作用，还可阻止再生铝液中富铁相的生成。B可抑制Ti3Al的偏聚，因此，Ti和B共同使用时效果较好。B的加入可提高再生铝的伸长率，但会降低再生铝的抗拉强度。
Mn与B的质量比为1-30：1，优选为5-20：1，再次优选为10-15：1，在该比例下，Mn与B可相互作用，有效地降低Fe含量、改善Fe形貌并细化晶粒和第二相。Mn与B的质量比具体可为1：1、5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、或30：1。
所述铝合金液中，Ti的质量百分比含量为0-1.5％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、或1.5％。Ti可与Al反应生成TiAl3相，TiAl3相可作为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。
所述铝合金液中，Sr的质量百分比含量为0-0.5％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、或0.5％。Sr在结晶学上能改变金属间化合物相的行为。因此，Sr可作为变质剂，通过异质形核理论或孪晶凹谷机理对再生铝进行变质处理，具有变质有效时间长、效果和再现性好等优点。Sr优先与Fe结合形成弥散强化，减少Fe在再生铝中的固溶度，来提高再生铝的强化效果和导电性能。Sr还可使铸锭中粗大的针状β-AlFeSi、β-AlFeMnSi相变成小颗粒状的汉字形α-AlFeSi、α-Al(FeMn)Si相，减少了铸锭均匀化时间，可提高再生铝的力学性能。
Ti和Sr的质量比为1-50：1，优选为10-30：1，具体可为1：1、2：1、5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、30：1、35：1、40：1、45：1、或50：1。
Mn、Ti、Sr、及B的质量比为1-20：0.5-10：0.1-1：1，具体可为1：0.5：0.1：1、1：1：0.5：1、1：5：1：1、1：10：1：1、5：0.5：0.1：1、5：1：0.5：1、5：5：1：1、5：10：1：1、10：0.5：0.1：1、10：1：0.5：1、10：5：1：1、10：10：1：1、20：0.5：0.1：1、20：1：0.5：1、20：5：1：1、20：10：1：1、30：0.5：0.1：1、30：1：0.5：1、30：5：1：1、或30：10：1：1。
所述铝合金液中，C的质量百分比含量为0-0.5％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、或0.5％。C可作为细化剂，来提高再生铝的伸长率，还可作为高效变质剂，在热处理的过程中可与Fe反应生成碳化物来提高再生铝的力学性能。
Mn与C的质量比为1-30：1，具体可为1：1、5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、或30：1。在该比例范围下，Mn与C可相互作用，有效地降低Fe含量、改善Fe形貌并细化晶粒和第二相。
可根据需要调控的再生铝种类的不同和再生铝中Fe含量，来设置加入至再生铝液中的元素及含量。例如，对于免热处理类的再生铝，需要严格控制Fe含量，此时，可加入Mn和Cr，还可进一步加入RE；对于低铁类的再生铝，可只加入Mn；对于高铁类的再生铝，可加入Mn，还可进一步加入Cr和/或RE，还可进一步加入降低Fe含量的B。当然，不论时低铁类还是高铁类的再生铝，在加入Mn时，都可一并加入Cr和/或RE。
Mn、Cr及RE三者共同作用，可有效地改善Fe形貌，降低Fe含量并细化控制晶粒大小，获得铝合金具有较佳的综合性能(具体的，调控后得到的铝合金具有较佳的力学性能和电导率)。具体而言，Mn可显著细化再结晶晶粒和第二相，有效地将粗大的针状或片状的β-AlFeSi相转变成为小颗粒状的α-Al(FeMn)Si弥散质点来改善Fe形貌，还可与Fe反应形成α-(Fe,Mn)Al6相来降低Fe含量。显然，Mn可起到降低Fe含量、改善Fe形貌、并细化晶粒和第二相的作用。Cr可有效地将针状β-Fe相转变为α-Fe相来改善Fe形貌，还可与Fe反应形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等弥散相来降低Fe含量，此外，还形成AlCrSi、Mg2(SiCr)等弥散相，并提高弥散相的析出体积分数及均匀分布性，增加合金力学性能。RE与Fe相分布区域一致，可富余在Fe相表面形成稀土活性膜，防止在晶界上形成硬脆的β-AlFeSi相。另外，Mn还可显著细化再结晶晶粒，Cr还可阻碍再结晶的形核和长大过程，细化晶粒和第二相，RE也可细化晶粒。Mn、Cr、及RE三者共同加入时，可有效地改善Fe形貌；Mn和Cr共同加入时，可与Fe和Si形成弥散分布的α-Al(FeMnCr)Si相，α-Al(FeMnCr)Si相的体密度高和热稳定性强，这些相随静置时间的延长，部分沉底，部分钉扎晶粒边界抑制再结晶，可有效细化控制晶粒大小。综上，上述含量范围的Mn、Cr、及RE相互协同作用，在改善Fe形貌减小Fe含量的同时还细化晶粒，得到综合性能优异的铝合金。
B不仅可阻止富铁相的生成，还可与Fe发生硼化反应，生成的Fe2B相沉底，来有效地降低再生铝液中的Fe含量，而且Ti可与B反应生成TiB2相，TiB2相可作为结晶时的非自发核心，起细化细化晶粒和第二相的作用。Sr在结晶学上能改变金属间化合物相的行为，可作为变质剂，通过异质形核理论或孪晶凹谷机理对再生铝进行变质处理来细化晶粒和第二相，具有变质有效时间长、效果和再现性好等优点。Ti可与Al反应生成TiAl3相，TiAl3相可作为结晶时的非自发核心，起细化细化晶粒和第二相的作用。C作为细化剂，可显著细化晶粒和第二相。Ti、C、B及Sr共同作用，可有效地细化晶粒和第二相；B可抑制Ti3Al的偏聚，因此，Ti和B共同使用时效果较好，有效地降低Fe含量并细化晶粒和第二相；RE、Ti、及B配合，TiB2不易凝聚和沉淀，保证了有效TiB2数量；B与Mn、Cr、及RE配合，可阻止富铁相的生成，从而可根据再生铝中的Fe含量提前计算出加入至再生铝液中的Mn、Cr、或RE的含量，而无需担心由于再生铝中富铁相的持续生成而导致的β-Fe相难以有效去除的问题。Ti和/或C、及Sr可辅助B、Mn、Cr、及RE，进一步地细化晶粒和第二相，使α-Fe相的尺寸进一步减小；Sr能够与Fe、Cu、Si等元素优先结合形成弥散强化，使Cr、Mn、Cu等元素减少向晶界的分布，减少这些元素在合金中的固溶度，从而提高合金的综合性能。综上，上述含量范围的Mn、Cr、RE、B、Ti、C、及Sr相互协同作用，在改善Fe形貌减小Fe含量的同时还细化晶粒和第二相，得到综合性能优异的铝合金。
另外，B还可细化晶粒；Mn还可显著细化再结晶晶粒；Cr还可与Fe形成α-Al(FeCr)Si弥散相，来降低Fe含量并减小Fe的有害影响。Cr还可阻碍再结晶的形核和长大过程，细化晶粒和第二相；RE还可细化晶粒；C还可与Fe反应生成碳化物来降低Fe含量；Sr可与Fe结合形成弥散强化来降低Fe含量，还可使粗大的针状β-AlFeSi相变成小颗粒状的汉字形α-AlFeSi相来改善Fe形貌。显然，B、Mn、Cr、RE、C、Ti、及Sr之间的作用至少部分重合。所述Fe含量、Fe形貌、及晶粒和第二相尺寸受到上述元素及含量的影响，当某一或某些的添加量不足时，难以有效地降低Fe含量、改善Fe形貌、细化晶粒和第二相；当某一或某些的添加量过多时，也难以有效地降低Fe含量、改善Fe形貌、细化晶粒和第二相。Mn、Cr、RE、B、Ti、C、及Sr之间的作用至少部分重合，使得Mn、Cr、RE、B、Ti、C、及Sr中至少一种的含量可设置的较高或较低(可高于现有技术中的含量或低于现有技术中的含量、或高于现有常识中的含量或低于现有常识中的含量)，而无需担心调控效果。
向所述再生铝液中加入Mn时，可一并向所述再生铝液中加入Co、Be及Ca中的至少一种，电磁搅拌。
电磁搅拌一方面可加速Mn及其他合金元素的溶解，另外一方面还可使更多的Mn与Fe参与反应，生成更加弥散细小的α-Al(FeMn)Si相，提高变质Fe的效果。
Cr、RE、Co、Be、Sr等元素的加入，不仅可以通过降低相互在基体中的最大固溶度，进一步促进Mn与Fe的反应，而且可以占据Mn与Fe元素在第二相中的位置，通过控制第二相结构，使含Fe相更加弥散细小，更能促进变质Fe的效果。因此，在Mn与Fe的质量比大于1.2：1时，α-Al(MnFeX)Si相(其中，X为Cr、RE、Co、Be、Sr等元素的任一种或多种)仍然能保持细小弥散，且并没有多余的Mn与Al生成粗大的AlMn相。
所述铝合金液中，Co的质量百分比含量为0-1％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、或1％。Co可促成Fe球相的形成，生成可提高铝合金的力学性能的小粒径Al3(Fe,Co)相，还可将粗大的针状和片状的Al3Fe相转变为α-Al15(Fe,Co)3Si2(其形状可为粒状、小花朵状或细小条状)，并对Al3Fe相具有细化效果，进一步提高铝合金的力学性能、热稳定性能、抗蠕变性能、及塑性。同时加入Ce和Co，不仅可改善再生铝的热稳定性，还可促进<001>和<111>取向的形成来提高再生铝的力学性能。
所述铝合金液中，Be的质量百分比含量为0-0.1％，具体可为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。Be可细化晶粒，其细化效果随着Be含量的增加而增加，少量的Be即可将针状β-Fe相转变为球状α-BeFe相，并阻止针状β-Fe相的生成。
所述铝合金液中，Ca的质量百分比含量为0-0.1％，具体可为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。Ca可去除再生铝液中的H、细化晶粒和第二相、并改善β-Fe相和共晶硅的形貌。
Mn与Co的质量比为1-20：1，具体可为1：1、5：1、10：1、15：1、或20：1。
Mn与Ca的质量比为2-50：1，具体可为2：1、5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、30：1、35：1、40：1、45：1、或50：1。
Mn与Be的质量比为2-50：1，具体可为2：1、5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、30：1、35：1、40：1、45：1、或50：1。
Co、Be及Ca可以单质或中间合金(如Al-Co中间合金、Al-Be中间合金、Al-Ca中间合金)的形式加入。中间合金的分散性佳，易于溶入再生铝液中。
向所述再生铝液中加入Mn之后，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入Nb、Ni、Te、In、Mo、Ag、Cd、V的至少一种，电磁搅拌。
电磁搅拌一方面可加速Mn及其他合金元素的溶解，另外一方面还可使更多的Mn与Fe参与反应，生成更加弥散细小的α-Al(FeMn)Si相，提高变质Fe的效果。
所述铝合金液中，Nb的质量百分比含量为0-0.3％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、或0.3％。Nb可细化晶粒和第二相，来提高铝合金的伸长率。Mn与Nb的质量比为1-25：1，具体可为1：1、5：1、10：1、15：1、20：1、或25：1。
所述铝合金液中，Ni的质量百分比含量为0-0.5％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、或0.5％。Ni可细化晶粒，促进第二相的析出来提高析出相的体积分数及弥散程度，还可与Al、Fe、Mg、Si等反应生成AlFeSiNi、AlFeMgSiNi、FeNiAl9等第二相，来降低Fe含量。Mn与Ni的质量比为1-20：1，具体可为1：1、5：1、10：1、15：1、或20：1。
所述铝合金液中，Te的质量百分比含量为0-0.5％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、或0.5％。Te可使铝合金的凝固温度区间缩小，形成细小的花瓣状而不是树枝状初生晶，减少或消除显微缩松，从而提高铝合金的力学性能和导热性能。Mn与Te的质量比为1-20：1，具体可为1：1、5：1、10：1、15：1、或20：1。
所述铝合金液中，In的质量百分比含量为0-0.5％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、或0.5％。In可细化晶粒和第二相，来提高铝合金的伸长率。Mn与In的质量比为1-20：1，具体可为1：1、5：1、10：1、15：1、或20：1。
所述铝合金液中，Mo的质量百分比含量为0-0.5％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、或0.5％。Mo可细化晶粒，改善含Fe金属间化合物的形貌，进一步提高铝合金的力学性能。Mo还可与Al、Si、Fe等反应生成AlMo、AlSiMo、AlSiFeMo等第二相，呈弥散相分布于铝基体晶界。Mn与Mo的质量比为1-20：1，具体可为1：1、5：1、10：1、15：1、或20：1。
所述铝合金液中，Cd的质量百分比含量为0-0.5％，具体可为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、或0.5％。Cd可细化α-Al，还可与Mg、RE、Si、Fe等形成Mg2(SiCdREFe)强化相，来降低Fe含量。Mn与Cd的质量比为1-20：1，具体可为1：1、5：1、10：1、15：1、或20：1。
所述铝合金液中，Ag的质量百分比含量为0-0.1％，具体可为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。Ag可促进第二相的析出，并细化析出相。Mn与Ag的质量比为1-35：1，具体可为1：1、5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、30：1、或35：1。
所述铝合金液中，V的质量百分比含量为0-0.1％，具体可为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。V在再生铝中形成VAl11和Al3V等难熔化合物，在熔铸过程中起到细化晶粒和第二相的作用。Al3V为非稳态相，会与再生铝中的Cr、Si、和Ti等形成大量细小弥散的椭球形Al(VCrTi)Si相，可阻止位错运动和再结晶形核和生长，进而细化晶粒。Mn与V的质量比为1-35：1，具体可为1：1、5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、30：1、或35：1。
加入至再生铝液中的元素可统称为调控剂，该调控剂占铝合金液的质量百分比含量可为0.1-5％，具体可为0.1％、0.2％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、或5％。
实施例一
提供1Kg再生铝、和Mn；
于720℃的温度下对所述再生铝进行加热处理，得到再生铝液；
对所述再生铝液进行精炼处理，去除表面浮渣；
对所述经精炼处理后的再生铝液进行化验，所述再生铝液中的Fe的质量百分比含量为0.5％；
根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、及预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为0.5：1；
于740℃的温度下向再生铝液中加入Mn，电磁搅拌和扒渣，得到铝合金液；及
对所述铝合金液进行成型处理，得到实施例一的铝合金，实施例一的铝合金中Fe含量为0.3％。
实施例二
提供1Kg再生铝、Mn、及Cr；
于720℃的温度下对所述再生铝进行加热处理，得到再生铝液；
对所述再生铝液进行精炼处理，去除表面浮渣；
对所述经精炼处理后的再生铝液进行化验，所述再生铝液中的Fe的质量百分比含量为1％；
根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为2：1，Cr的质量百分比含量为0.1％；
于750℃的温度下向再生铝液中加入Mn和Cr，电磁搅拌和扒渣，得到铝合金液；及
对所述铝合金液进行成型处理，得到实施例二的铝合金，实施例二的铝合金中Fe含量为0.5％。
实施例三
提供1Kg再生铝、Mn、Cr、RE、及B；
于720℃的温度下对所述再生铝进行加热处理，得到再生铝液；
对所述再生铝液进行精炼处理，去除表面浮渣；
对所述经精炼处理后的再生铝液进行化验，所述再生铝液中的Fe的质量百分比含量为1.8％；
根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为1.8：1，Cr的质量百分比含量为0.2％，RE的质量百分比含量为0.2％，B的质量百分比含量为0.2％；
于710℃的温度下向再生铝液中加入B剂，搅拌，于760℃的温度下向再生铝液中加入Mn、Cr、及RE，电磁搅拌和扒渣，得到铝合金液；及
对所述铝合金液进行成型处理，得到实施例三的铝合金，实施例三的铝合金中Fe含量为1％。
实施例四
提供1Kg再生铝、Mn、Be、B、Ti、及Sr；
于680℃的温度下对所述再生铝进行加热处理，得到再生铝液；
对所述再生铝液进行精炼处理，去除表面浮渣；
对所述经精炼处理后的再生铝液进行化验，所述再生铝液中的Fe的质量百分比含量为2％；
根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为1：1，B的质量百分比含量为0.8％，Be的质量百分比含量为0.1％，Ti的质量百分比含量为0.3％，Sr的质量百分比含量为0.1％；
于720℃的温度下向再生铝液中加入B剂，搅拌，于770℃的温度下向再生铝液中加入Mn和Be，搅拌，再于700℃的温度下向再生铝液中加入Ti和Sr，电磁搅拌和扒渣，得到铝合金液；及
对所述铝合金液进行成型处理，得到实施例四的铝合金，实施例四的铝合金中Fe含量为1.1％。
实施例五
提供1Kg再生铝、Mn、Cr、Co、Ca、B、Ti、C、及Nb；
于710℃的温度下对所述再生铝进行加热处理，得到再生铝液；
对所述再生铝液进行精炼处理，去除表面浮渣；
对所述经精炼处理后的再生铝液进行化验，所述再生铝液中的Fe的质量百分比含量为1.5％；
根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为0.8：1，B的质量百分比含量为0.6％，Cr的质量百分比含量为0.4％，Co的质量百分比含量为0.1％，Ca的质量百分比含量为0.01％，Ti的质量百分比含量为0.2％，C的质量百分比含量为0.1％，Nb的质量百分比含量为0.2％；
于730℃的温度下向再生铝液中加入B剂，搅拌，于780℃的温度下向再生铝液中加入Mn、Cr、Co、及Ca，搅拌，再于750℃的温度下向再生铝液中加入Ti、C、及Nb，电磁搅拌和扒渣，得到铝合金液；及
对所述铝合金液进行成型处理，得到实施例五的铝合金，实施例五的铝合金中Fe含量为0.9％。
实施例六
提供1Kg再生铝、Mn、B、Mo、Nb、Ni、及Cd；
于690℃的温度下对所述再生铝进行加热处理，得到再生铝液；
对所述再生铝液进行精炼处理，去除表面浮渣；
对所述经精炼处理后的再生铝液进行化验，所述再生铝液中的Fe的质量百分比含量为0.8％；
根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为1.3：1，B的质量百分比含量为0.2％，Mo的质量百分比含量为0.1％，Nb的质量百分比含量为0.1％，Ni的质量百分比含量为0.05％，Cd的质量百分比含量为0.05％；
于740℃的温度下向再生铝液中加入B剂，搅拌，于780℃的温度下向再生铝液中加入Mn，搅拌，再于760℃的温度下向再生铝液中加入Mo、Nb、Ni、及Cd，电磁搅拌和扒渣，得到铝合金液；及
对所述铝合金液进行成型处理，得到实施例六的铝合金，实施例六的铝合金中Fe含量为0.4％。
对比例一
提供1Kg再生铝、和Mn；
于740℃的温度下对所述再生铝进行加热处理，得到再生铝液；
对所述再生铝液进行精炼处理，去除表面浮渣；
对所述经精炼处理后的再生铝液进行化验，所述再生铝液中的Fe的质量百分比含量为0.5％；
根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、及预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为0.4：1；
于740℃的温度下向所述再生铝液中加入Mn，搅拌和扒渣，得到铝合金液；及
对所述铝合金液进行成型处理，得到对比例一的铝合金，对比例一的铝合金中Fe含量为0.4％。
对比例二
提供1Kg再生铝、Mn、及Cr；
于740℃的温度下对所述再生铝进行加热处理，得到再生铝液；
对所述再生铝液进行精炼处理，去除表面浮渣；
对所述经精炼处理后的再生铝液进行化验，所述再生铝液中的Fe的质量百分比含量为1％；
根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为0.4：1，Cr的质量百分比含量为0.1％；
于750℃的温度下向再生铝液中加入Mn和Cr，搅拌和扒渣，得到铝合金液；及
对所述铝合金液进行成型处理，得到对比例二的铝合金，对比例二的铝合金中Fe含量为0.8％。
对实施例一至六和对比例一至二的铝合金的性能进行测试，测试结果请参表1。
表1实施例一至六和对比例一至二的铝合金的性能测试结果表
表1表明：相比对比例一至二的铝合金，本实施例一至六的铝合金经调控处理后，具有较佳的抗拉强度和延伸率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书的内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种调控再生铝的方法，包括以下步骤：
提供再生铝和Mn；
对所述再生铝进行第一次加热处理，得到再生铝液；
对所述再生铝液进行化验，获得所述再生铝液的Fe含量；
根据所述再生铝的质量、所述Fe含量、及预设的Mn与Fe的质量比，计算待加入至所述再生铝液中的Mn的质量，其中，预设的Mn与Fe的质量比为0.5-2：1；及
向所述再生铝液中加入Mn，进行第二次加热处理，电磁搅拌和扒渣处理后，获得铝合金液。
2.根据权利要求1所述的调控再生铝的方法，其特征在于，满足以下条件的至少一种：
预设的Mn与Fe的质量比为0.6-1.6：1；
所述第一次加热处理的温度为680-720℃；
所述第二次加热处理的温度为740-780℃；
所述铝合金液中，Mn的质量百分比含量为0.1-2％。
3.根据权利要求1所述的调控再生铝的方法，其特征在于，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入Mn时，向所述再生铝液中加入Cr，其中，所述铝合金液中，Cr的质量百分比含量为0-0.4％。
4.根据权利要求1所述的调控再生铝的方法，其特征在于，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入Mn时，向所述再生铝液中加入RE，其中，所述铝合金液中，RE的质量百分比含量为0-0.8％。
5.根据权利要求1所述的调控再生铝的方法，其特征在于，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入Mn时，向所述再生铝液中加入Co、Be及Ca中的至少一种，其中，满足以下条件的至少一种：
所述铝合金液中，Co的质量百分比含量为0-1％；
所述铝合金液中，Be的质量百分比含量为0-0.1％；
所述铝合金液中，Ca的质量百分比含量为0-0.1％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的调控再生铝的方法，其特征在于，所述“向所述再生铝液中加入Mn”之前，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入B，其中，所述铝合金液中，B的质量百分比含量为0-1％。
7.根据权利要求1-5任一项所述的调控再生铝的方法，其特征在于，所述“向所述再生铝液中加入Mn”之后，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入Ti和Sr，其中，所述铝合金液中，Ti的质量百分比含量为0-1.5％，Sr的质量百分比含量为0-0.5％。
8.根据权利要求7所述的调控再生铝的方法，其特征在于，所述“向所述再生铝液中加入Mn”之后，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入C，其中，所述铝合金液中，C的质量百分比含量为0-0.5％。
9.根据权利要求1-5任一项所述的调控再生铝的方法，其特征在于，所述“向所述再生铝液中加入Mn”之后，所述调控再生铝的方法还包括：向所述再生铝液中加入Nb、Ni、Te、In、Mo、Ag、Cd、V的至少一种的步骤。
10.根据权利要求9所述的调控再生铝的方法，其特征在于，满足以下条件的至少一种：
所述铝合金液中，Nb的质量百分比含量为0-0.3％；
所述铝合金液中，Ni的质量百分比含量为0-0.5％；
所述铝合金液中，Te的质量百分比含量为0-0.5％；
所述铝合金液中，In的质量百分比含量为0-0.5％；
所述铝合金液中，Mo的质量百分比含量为0-0.5％；
所述铝合金液中，Ag的质量百分比含量为0-0.1％；
所述铝合金液中，Cd的质量百分比含量为0-0.5％；
所述铝合金液中，V的质量百分比含量为0-0.1％。
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