一种铝锰金属间化合物及其制备方法

本发明涉及铝合金熔炼中间合金，尤其是涉及一种铝锰金属间化合物及其制备方法。

背景技术：

1、在铝合金中添加适量锰既能提高合金的力学性能，还能提高铝合金的再结晶温度，降低含铁相的脆化作用，中和铝合金中铁的不良影响。通常在铝合金生产过程中，锰元素大多都以铝锰中间合金的形式来添加，以达到所需的化学成分；另一方面，在电解铝生产过程中不可避免地混有杂质铁元素，从而引起铝合金的脆化和大幅降低耐蚀性。在铝的合金化过程中要添加高含量的铝锰中间合金以降低铁元素含量。

2、所谓的铝锰中间合金就是在铝合金熔铸生产中用来调整合金成分的一种中间过渡合金，由铝和锰组成。目前，市面上应用较广的为almn10中间合金，其化学成分执行ys/t282-2000、gb/t 27677-2017标准，其中规定的锰元素的含量为9.0-11.0wt.％。但该中间合金锰含量较低，使得投入量较大，生产成本增加，已无法满足行业的需求。作为重要的合金元素，实际使用时希望在保证锰元素需求的前提下，添加的铝锰中间合金中主元素锰的含量能尽可能高，从而减少铝锰含量的投入使用量，达到降低成本，又可以减少有害杂质铁的含量，进而提高产品质量的目的。因此，研发一种高锰含量的铝锰中间合金已成为一种行业发展趋势。

3、目前，铝锰中间合金的生产大多采用中频或工频感应电炉来进行熔炼，这种生产有合金al均匀化程度高的优点，但存在劳动生产率低、能源消耗大、生产成本高的缺点。

4、通过检索发现：申请号201710036862.3公布了“一种铝锰二元素中间合金及其制备方法”通过非真空感应炉内加热熔化，炉温加热到1700℃，炉料熔化后保持温度在1600℃，沸腾10-15分钟，让炉料熔化混合均匀，然后进行浇铸，即可得到铝锰二元素中间合金铸锭，将得到的铝锰二元素中间合金铸锭进行烘干，烘干后进行破碎，然后将颗粒大小合格的铝锰二元素中间合金筛选出来。但是，这种中间合金主要用于tial合金的熔炼生产，并且采用非真空感应炉熔炼，铝锰中间合金易氧化形成氧化夹杂物，在1600℃长时间保温，铝元素易挥发，导致收得率大大降低。

5、申请公布号cn110241342a介绍了一种高锰含量铝锰中间合金及其制备方法，该专利中采用中频感应加热炉，所要解决的技术问题是现有的铝锰中间合金的锰含量较低，生产成本高，而高锰含量的铝锰中间合金的熔点又过高，使用不便的问题，但是采用中频感应炉加热时，铝易氧化形成夹杂物，影响所得铝锰中间合金的纯度，进一步影响后续铝合金冶炼的效率和去除fe杂质的效果。

6、申请公布号cn114985745a介绍了一种铝锰金属间化合物的制备方法及其应用，制备方法为：在高纯氩气(99.99％)保护下的电弧炉进行熔炼，将得到的合金锭破碎成颗粒度小于0.5mm的粗粉，在乙醇做保护剂的情况下，按氧化锆与粗粉质量比15:1，转速为400r/min的实验条件下，用行星球磨机对合金粗粉球磨10-20h，得到平均粒径为3μm的铝锰中间合金粉体，但是该专利中采用电弧炉进行熔炼，电弧炉温度不易控制，升温太快，一般用于钢铁的熔炼，而且该专利在球磨过程中选择氧化锆球成本太高，保护剂乙醇易挥发，降温效果不佳。

7、高质量铝合金普遍要求fe含量低于0.4wt.％，如高铁箱体铝焊丝sal5087、而sal2319更是要求fe含量控制在0.3wt.％以下。上述专利方法提供的铝锰合金均不能更好的去除或有效降低铝合金中的fe杂质元素。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铝锰金属间化合物及其制备方法，采用真空感应炉熔炼铝锰中间合金al8mn5，不但含有高含量的mn元素，可以显著降低铝合金中的fe杂质元素，制备工艺生产成本低廉，简单易控。

2、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、本发明提供一种铝锰金属间化合物的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：将高纯铝锭置于真空感应炉的坩埚中，再加入覆盖剂，抽真空后加热至铝锭熔化；

5、s2：再加入高纯度电解锰片，继续升温，进行搅拌，保温后，在真空感应炉中充入保护气体，进行降温，获得铝锰合金液；

6、s3：将所述铝锰合金液出渣后进行浇铸成型，再进行粉碎球磨，获得铝锰金属间化合物粉体。

7、进一步的，在上述技术方案基础上，按质量百分比，所述铝锰金属间化合物的原料包括55-66％的高纯铝锭和34-45％的高纯度电解锰片；

8、和/或，所述高纯铝锭的纯度≥99.9％，所述高纯度电解锰片的纯度≥99.9％。

9、进一步的，在上述技术方案基础上，所述覆盖剂为kcl或nacl中的一种或多种；

10、优选的，所述覆盖剂的添加量为原料总质量的10-15％。

11、进一步的，在上述技术方案基础上，步骤s1中，所述真空感应炉的坩埚为石墨坩埚；

12、和/或，所述坩埚预热至180-220℃后放入高纯铝锭；

13、和/或，步骤s1中，所述抽真空后加热至铝锭熔化，具体包括：

14、抽真空至0.05-0.1pa，升温至700-780℃，保温3-5min使铝锭熔化。

15、进一步的，在上述技术方案基础上，步骤s2中，具体包括如下步骤：

16、加入高纯度电解锰片，继续升温至1350-1500℃时，进行搅拌，保温25-30min后，在真空感应炉中充入保护气体，降温至800-850℃；

17、和/或，所述保护气体为纯度≥99.99％的氩气或氦气，优选为氩气。

18、进一步的，在上述技术方案基础上，步骤s3中，具体包括如下步骤：待真空感应炉内压力≥1个大气压时，打开真空炉上盖，扒渣倒出液态覆盖剂，将合金液倒入锭模浇铸，随炉冷却成合金块。

19、进一步的，在上述技术方案基础上，步骤s3中，所述粉碎包括：

20、将获得的合金块置于机械粉碎机中粉碎成粗粉；

21、优选的，所述粗粉的颗粒度为5-10mm。

22、进一步的，在上述技术方案基础上，步骤s3中，所述球磨包括：

23、将所述粗粉置于球磨机中，通入液氮做保护剂，采用直径为25-30mm的不锈钢球，进行球磨，得到铝锰金属间化合物粉体；

24、和/或，所述粉体颗粒直径为3-5μm；

25、和/或，所述球磨的时间为15-20h，球磨的速度为300-400rpm。

26、本发明还提供一种如上所述的所述的铝锰金属间化合物的制备方法制得的铝锰金属间化合物，按质量百分比计，包括如下组分：mn 34-45％和微量元素0.1-0.8％，余量为al；

27、所述铝锰金属间化合物按分子式计算为al8mn5。

28、进一步的，在上述技术方案基础上，所述微量元素包括fe、o、n、si、mg和ti。

29、本发明提供的一种铝锰金属间化合物及其制备方法，有益效果如下：

30、(1)本发明制备的铝锰中间合金mn含量高(34-45wt.％)，降低铝合金生产成本效果明显；

31、(2)本发明的铝锰中间合金制备工艺生产成本低廉，简单易控，价格便宜，易于实现工业化生产；

32、(3)本发明的铝锰中间合金粉末物相单一、粒径分布均匀，生产方式简单；

33、(4)本发明制备的铝锰中间合金能显著降低铝合金中的fe杂质元素。