易拉罐用3104铝合金再生关键技术研究

摘要

3104变形铝合金以其密度低、延展性好、强度高、制耳率低等优点，广泛应用于易拉罐制备，但废旧易拉罐回收后往往被降级使用，导致资源浪费。针对这一问题，本文就易拉罐用3104铝合金材料保级还原中部分关键技术进行研究，希望为3104铝合金材料再生和进一步研究提供参考。
　　本文主要研究了超声波脱漆、自制熔剂精炼净化、稀土细化、调节Mn含量进行变质处理及复合热处理等工艺对废铝易拉罐材料保级还原过程的影响规律，并通过控制、优化各工艺参数，改善再生3104铝合金的微观组织和机械性能；深化了对废铝再生、铝熔体处理的基本理论、复合热处理理论的认识，对易拉罐用铝材保级还原技术的开发和完善具有一定的指导意义。本论文主要研究内容及研究结果如下：
　　(1)利用超声脱漆技术对废旧易拉罐内外表面进行了脱漆处理。研究了不同空化泡初始半径、不同超声功率和声压幅值对空化泡动力特性的影响规律，并通过超声脱漆实验得到最佳工艺参数。研究结果表明：当空化泡初始半径R0=160μm，超声频率f=20.5KHz和声压幅值Pa=0.5MPa时，脱漆效果最好，此时，气泡膨胀率最大，溃灭时释放的能量最大，传递给Al2O3磨粒的能量也最大。试验证明，在超声频率f=20.5KHz时，选用80目的Al2O3磨粒脱漆，效率最高。
　　(2)利用自行设计的铝熔体净化工艺和水模拟旋转喷吹除气工艺对废铝易拉罐熔体进行了精炼净化处理。利用正交实验方法研究了不同熔剂配方和不同的阻流板宽度等对熔体除杂和除气效果的影响。研究结果表明：当熔炼温度为720℃，熔剂的含量为4％时，铝熔体的净化效果最好，含杂率最低，制得的试样抗拉强度和伸长率分别可以达到193MPa和21.04%；当阻流板宽度为15mm，且阻流板与喷吹头深度接近时，溶液中气泡尺寸最小，分布最均匀。
　　(3)利用Al-5Ti-1B-Er合金细化剂对废弃易拉罐熔体进行了细化处理。从微观结构方面阐述了稀土Er的细化机理，研究了合金细化剂对再生3104铝合金组织和性能的影响规律。研究结果表明：细化剂加入后，熔体中包含TiAl3、TiB2和Ti2Al20Er等第二相，在750℃熔炼温度下，Er加入量为0.4wt.%，Al-5Ti-1B-0.4Er中间合金细化剂加入量1wt.%，在铝液中保温时间30min时，细化效果最好，测得再生3104铝合金晶粒尺寸为159±59μm，比AlTiB中间合金细化效果提高了45%。
　　(4)调节Mn的含量可以明显影响3104铝合金的组织结构和力学性能。当Fe含量大于0.7，Mn/Fe比大于1时，有利于再生3104铝合金组织中AlMnFeMg相钝化、细化甚至颗粒化，Mn/Fe比达到1.5时材料的力学性能达到最大值，Mn/Fe比大于1.5时，组织中出现较多粗大块状、片状的AlMnFeMg相，力学性能恶化。
　　(5)利用深冷处理和均匀化相结合的复合热处理工艺对废弃易拉罐组织和性能进行了研究。研究结果表明：经均匀化处理的试样，其应力应变曲线出现了PLC效应，而经深冷处理的试样不会出现这种效应，深冷处理后再均匀化处理可以促进再生铝合金第二相弥散析出，大量细小均匀分布的沉淀相强化了溶质原子对位错的钉扎效应，提高了合金的临界应变值，可使材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到214MPa、105MPa和20.8%。
　　总之，本文的研究不仅是金属再生技术的进一步深入与拓宽，而且也是对传统意义上的表面脱漆技术及其相关理论的深入理解，同时，也为国际上目前盛行的金属保级再生技术的研究提供了可供参考和借鉴的技术思路。本文对再生3104铝合金再生关键技术的研究将为开发出具有自主知识产权的废铝易拉罐绿色保级再利用产业化成套技术提供重要的理论基础与开辟出新的途径。

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1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外再生铝产业现状及发展趋势

1.3 废铝易拉罐再生技术研究现状

1.4 铝熔体细化处理技术的研究现状

1.5 铝熔体变质处理技术的研究现状

1.6 本课题的主要研究内容

2 试验条件及方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法及技术路线

2.3 样品的性能测试

2.4 微观组织结构测试

3 废铝易拉罐超声脱漆技术研究

3.1 前言

3.2 废杂铝材的预处理

3.3 废旧易拉罐铝材的热除漆

3.4 废铝易拉罐铝材的超声脱漆

3.5 制胚

3.6 本章小结

4 废铝易拉罐重熔净化工艺研究

4.1 前言

4.2 废铝易拉罐材料熔体除杂技术研究

4.3 废铝易拉罐材料熔体除气技术研究

4.4 本章小结

5 废铝易拉罐材料细化变质处理工艺研究

5.1 前言

5.2 Al-5Ti-1B-Er细化处理对废铝易拉罐铝材力学性能的影响

5.3 Mn-Fe比对废铝易拉罐材料组织和性能的影响

5.4 本章小结

6 复合热处理工艺对废铝易拉罐组织和性能的影响

6.1 引言

6.2 复合热处理工艺

6.3 再生3104铝合金的初始铸态组织

6.4 热处理工艺对3104铝合金组织和性能的影响

6.5 本章小结

7 结论

7.1主要研究结论

7.2 创新点

7.3 研究成果应用情况

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢