轮毂铝合金及其制备方法和铝合金轮毂

摘要

本发明公开了一种轮毂铝合金及其制备方法和铝合金轮毂，所述制备方法包括：a、将铝锭进行熔炼制成初级铝液；b、将清渣剂与所述初级铝液混合，然后排出熔渣制成二级铝液；c、在氮气的存在下，将精炼剂与所述二级铝液混合，然后静置、排渣制成三级铝液；d、将细化剂、变质剂与所述三级铝液进行混合制成四级铝液；e、将清渣剂撒于所述四级铝液的表面以清渣制成五级铝液 f、将清渣剂撒于所述五级铝液的表面并进行除气处理以制得轮毂铝合金。该轮毂铝合金中氢含量以及夹杂物的含量均较低，使得该轮毂铝合金具有优异的流动性和凝固时的收缩性，进而使得通过该轮毂铝合金制得的铝合金轮毂表面无针孔以及渣孔。

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金，具体地，涉及一种轮毂铝合金及其制备方法和铝合金轮毂。

背景技术

现有的铝合金轮毂的加工方法包括：铝锭的熔融精炼、铸造成型以及机加工。熔融精炼后的铝液的质量直接决定了铝合金轮毂的质量，铝液的质量主要由四个方面决定：1)铝液中的氢含量；2)铝液中夹杂物的含量。

其中，铝液中的氢含量和铝液中夹杂物的含量决定了铝合金轮毂表面的针孔情况、铝液的流动性和凝固时的收缩性。一旦铝液中氢的含量过高，那么氢原子最终会以氢气的形式排出，那么势必会在铝合金轮毂形成较多的针孔，根据相关文献得知，只有铝液中含氢量小于0.04cm³/100g时，铝合金轮毂表面便不会出现在针孔。

铝液中主要夹杂物是γ-Al₂O₃、α-Al₂O₃、SiO₂、MgO和TiO₂，其他夹杂物很少。一方面，夹杂物的含量对铝合金轮毂渣孔起着直接性的作用，铸造过程中，流过的铝液要在模具表面上先凝固很薄一层半凝固状态，先生成α(Al)枝晶，枝晶可挡住夹杂物，夹杂物又都是高熔点物质，比重都比铝液重，在流动过程中夹杂物就会碰撞，聚集长大，在模具的表面形成大的渣孔。另一方面，夹杂物的含量也对铝液的流动性以及凝固时的收缩性起着至关重要的作用，当夹杂物的含量过高，则会直接降低铝液的流动性使得铝液难以填满铸造模具，同时也会提高凝固时的收缩性，那么直接导致铸造的轮毂易产生变形。

现有的铝液中的氢含量以及夹杂物的含量普遍偏高，直接影响了铝合金 轮毂的质量，导致铝合金轮毂的合格率偏低，进而增大了生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮毂铝合金及其制备方法和铝合金轮毂，该轮毂铝合金中氢含量以及夹杂物的含量均较低，使得该轮毂铝合金具有优异的流动性和凝固时的收缩性，进而使得通过该轮毂铝合金制得的铝合金轮毂表面无针孔以及渣孔。

为了实现上述目的，本发明提供了本发明提供了一种轮毂铝合金的制备方法，所述制备方法包括：

a、将铝锭进行熔炼制成初级铝液；

b、将清渣剂与所述初级铝液混合，然后排出熔渣制成二级铝液；

c、在氮气的存在下，将精炼剂与所述二级铝液混合，然后静置、排渣制成三级铝液；

d、将细化剂、变质剂与所述三级铝液进行混合制成四级铝液；

e、将清渣剂撒于所述四级铝液的表面以清渣制成五级铝液

f、将清渣剂撒于所述五级铝液的表面并进行除气处理以制得轮毂铝合金；

其中，所述铝锭包括硅元素、镁元素、钛元素、铁元素、铜元素、锌元素、锰元素和铝元素；相对于100重量份的铝锭，所述硅元素的含量为6.5-7.5重量份，所述镁元素的含量为0.30-0.45重量份，所述钛元素的含量为0.08-0.20重量份，所述铁元素的含量不大于0.12重量份，所述铜元素的含量不大于0.05重量份，所述锌元素的含量不大于0.05重量份，所述锰元素的含量不大于0.05重量份，余量为所述铝元素。

本发明也提供了一种轮毂铝合金，所述轮毂铝合金通过上述的方法制备而成。

本发明还提供了一种铝合金轮毂，所述轮毂通过上述的轮毂铝合金制备而成。

通过上述技术方案，本发明通过对将铝锭熔融后形成初级铝液，接着向初级铝液中添加清渣剂进行第一次的清渣降低夹杂物以形成二级铝液；在氮气的氛围中，进一步的对二级铝液进行除渣处理，但是在除渣的同时也进行了除气的处理，进而防止氧气对铝液的氧化，水蒸气与铝液进行反应以产生氢，从而降低铝液中的氢含量；通过细化剂对三级铝液进行合金细化，从而使得铝液在结晶时能够细化α(Al)，进而提高铝合金的延伸率，而变质剂能够细化共晶硅，由于共晶硅的颗粒较小，进而避免铝合金轮毂的表面出现针孔。由于细化剂、变质剂与三级铝液的反应导致四级铝液中存有较多的夹杂物，故需要再次通过清渣剂对四级铝液进行清渣处理。最后通过对五级铝液同时进行清渣处理和除气处理，从而使得制得轮毂铝合金中的夹杂物和氢含量均降到最低值，从而保证了该轮毂铝合金具有优异的流动性和凝固时的收缩性，进而使得通过该轮毂铝合金制得的铝合金轮毂表面无针孔以及渣孔。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种轮毂铝合金的制备方法，所述制备方法包括：

a、将铝锭进行熔炼制成初级铝液；

b、将清渣剂与所述初级铝液混合，然后排出熔渣制成二级铝液；

c、在氮气的存在下，将精炼剂与所述二级铝液混合，然后静置、排渣制成三级铝液；

d、将细化剂、变质剂与所述三级铝液进行混合制成四级铝液；

e、将清渣剂撒于所述四级铝液的表面以清渣制成五级铝液

f、将清渣剂撒于所述五级铝液的表面并进行除气处理以制得轮毂铝合金；

其中，所述铝锭包括硅元素、镁元素、钛元素、铁元素、铜元素、锌元素、锰元素和铝元素；相对于100重量份的铝锭，所述硅元素的含量为6.5-7.5重量份，所述镁元素的含量为0.30-0.45重量份，所述钛元素的含量为0.08-0.20重量份，所述铁元素的含量不大于0.12重量份，所述铜元素的含量不大于0.05重量份，所述锌元素的含量不大于0.05重量份，所述锰元素的含量不大于0.05重量份，余量为所述铝元素。

在本发明的步骤a中，所述熔炼的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤a中，所述熔炼符合以下条件：熔炼温度为700-760℃，熔炼时间为1-3h。

在本发明的步骤b中，各物料的具体用量可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤b中，相对于100重量份的所述初级铝液，所述清渣剂的用量为0.2-0.3重量份；

在本发明的步骤b中，混合的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤b中，所述混合满足以下条件：混合温度为700-760℃，混合时间为5-10min。

在本发明的步骤c中，各物料的具体用量可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤c中，相对于100重量份的所述二级铝液，所述精炼剂的用 量为0.3-0.4重量份。

在本发明的步骤c中，混合的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤c中，所述混合满足以下条件：混合温度为700-760℃，混合时间为10-20min。

在本发明的步骤c中，静置的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤c中，所述静置满足以下条件：混合温度为700-760℃，混合时间为4-6min。

在本发明的步骤c中，精炼剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤c中，所述精炼剂选自氟铝酸钠、氟铝酸钾、氟硅酸钠、氟硅酸钾和六氯化碳中的一种或多种。

在本发明的步骤d中，各物料的具体用量可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤d中，相对于100重量份的所述三级铝液，所述细化剂的用量为0.1-0.3重量份，所述变质剂的用量为0.01-0.03重量份。

在本发明的步骤d中，混合的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤d中，所述混合满足以下条件：混合温度为700-760℃，混合时间为10-20min。

在本发明的步骤d中，细化剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤d中，所述细化剂选自Al-Ti-B合金或者Al-Ti-C合金。

在本发明的步骤d中，变质剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是 为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤d中，所述变质剂选自Al-Sr₁₀合金或者Al-Sb₈合金。

在本发明的步骤e中，各物料的具体用量可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤e中，相对于100重量份的所述四级铝液，所述清渣剂的用量为0.05-0.15重量份。

在本发明的步骤f中，各物料的具体用量可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤f中，相对于100重量份的所述四级铝液，所述清渣剂的用量为0.05-0.15重量份。

在本发明的步骤f中，除气处理的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，在步骤f中，所述除气处理通过向所述五级铝液中通入惰性气体进行。更优选地，在步骤f中，所述惰性气体为氮气且气压为0.1-0.2Mpa。

在本发明中，各物料的具体用量可以在宽的范围内选择，但是为了将制得的轮毂铝合金的氢含量以及夹杂物的含量控制在较低的范围内，优选地，所述清渣剂选自氯化钠、氯化钾和碳酸钠中的一种或多种。

本发明也提供了一种轮毂铝合金，所述轮毂铝合金通过上述的方法制备而成。

本发明还提供了一种铝合金轮毂，所述轮毂通过上述的轮毂铝合金制备而成。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中使用的铝锭为江苏诚超铝业有限公司的牌号为A356的市售品，细化剂为东莞市鸿钛金属材料有限公司的牌号为Al-4Ti-0.005B的铝钛硼合金，变质剂为新昌县双宁机 械有限公司的牌号为Al-Sr₁₀的市售品，其他原料为常规的市售品。

实施例1

a、在740℃将1000kg牌号为A356的铝锭熔炼2h制成初级铝液；

b、在740℃下，将2.5g清渣剂(氯化钠、氯化钾和碳酸钠的质量比为1：0.8：0.05)与1000kg初级铝液混合8min，然后排出熔渣制成二级铝液；

c、在740℃以及氮气的存在下，将3.5kg精炼剂(氟铝酸钠、氟硅酸钠、和六氯化碳的质量比为1：1.5：0.02)与所述二级铝液混合15min，然后静置5min、排渣制成三级铝液；

d、在740℃下，将2kg细化剂(东莞市鸿钛金属材料有限公司的牌号为Al-4Ti-0.005B的铝钛硼合金)、0.2kg变质剂(新昌县双宁机械有限公司的牌号为Al-Sr₁₀的市售品)与1000kg三级铝液混合15min制成四级铝液；

e、在740℃下，将1kg清渣剂(氯化钠、氯化钾和碳酸钠的质量比为1：0.8：0.05)撒于1000kg四级铝液的表面以清渣制成五级铝液

f、在740℃下，将1kg清渣剂(氯化钠、氯化钾和碳酸钠的质量比为1：0.8：0.05)撒于1000kg五级铝液的表面，然后通入气压为0.15Mpa的氮气进行除气处理以制得轮毂铝合金A1。

该轮毂铝合金的氢含量、各夹杂物的含量、凝固时的收缩性以及流动性参数见表1。

实施例2

a、在700℃将1000kg牌号为A356的铝锭熔炼1h制成初级铝液；

b、在700℃下，将2g清渣剂(氯化钠、氯化钾和碳酸钠的质量比为1：0.5：0.03)与1000kg初级铝液混合5min，然后排出熔渣制成二级铝液；

c、在700℃以及氮气的存在下，将3kg精炼剂(氟铝酸钠、氟硅酸钠、 和六氯化碳的质量比为1：1：0.01)与所述二级铝液混合10min，然后静置4min、排渣制成三级铝液；

d、在700℃下，将1kg细化剂(东莞市鸿钛金属材料有限公司的牌号为Al-4Ti-0.005B的铝钛硼合金)、0.1kg变质剂(新昌县双宁机械有限公司的牌号为Al-Sr₁₀的市售品)与1000kg三级铝液混合10min制成四级铝液；

e、在700℃下，将0.5kg清渣剂(氯化钠、氯化钾和碳酸钠的质量比为1：0.5：0.03)撒于1000kg四级铝液的表面以清渣制成五级铝液

f、在700℃下，将0.5kg清渣剂(氯化钠、氯化钾和碳酸钠的质量比为1：0.5：0.03)撒于1000kg五级铝液的表面，然后通入气压为0.1Mpa的氮气进行除气处理以制得轮毂铝合金A1。

该轮毂铝合金的氢含量、各夹杂物的含量、凝固时的收缩性以及流动性参数见表1。

实施例3

a、在760℃将1000kg牌号为A356的铝锭熔炼3h制成初级铝液；

b、在760℃下，将3g清渣剂(氯化钠、氯化钾和碳酸钠的质量比为1：1.5：0.08)与1000kg初级铝液混合10min，然后排出熔渣制成二级铝液；

c、在760℃以及氮气的存在下，将4kg精炼剂(氟铝酸钠、氟硅酸钠、和六氯化碳的质量比为1：0.2：0.03)与所述二级铝液混合20min，然后静置6min、排渣制成三级铝液；

d、在760℃下，将3kg细化剂(东莞市鸿钛金属材料有限公司的牌号为Al-4Ti-0.005B的铝钛硼合金)、0.3kg变质剂(新昌县双宁机械有限公司的牌号为Al-Sr₁₀的市售品)与1000kg三级铝液混合20min制成四级铝液；

e、在700-760℃下，将1.5kg清渣剂(氯化钠、氯化钾和碳酸钠的质量比为1：1.5：0.08)撒于1000kg四级铝液的表面以清渣制成五级铝液

f、在760℃下，将1.5kg清渣剂(氯化钠、氯化钾和碳酸钠的质量比为1：1.5：0.08)撒于1000kg五级铝液的表面，然后通入气压为0.2Mpa的氮气进行除气处理以制得轮毂铝合金A3。

该轮毂铝合金的氢含量、各夹杂物的含量、凝固时的收缩性以及流动性参数见表1。

实施例4

按照实施例1的方法进行制得轮毂铝合金A4，不同的是，将牌号为Al-4Ti-0.005B的铝钛硼合金换为Al-Ti-C合金，该轮毂铝合金的氢含量、各夹杂物的含量、凝固时的收缩性以及流动性参数见表1。

实施例5

按照实施例1的方法进行制得轮毂铝合金A5，不同的是，将牌号为Al-Sr₁₀的合金换为Al-Sb₈合金，该轮毂铝合金的氢含量、各夹杂物的含量、凝固时的收缩性以及流动性参数见表1。

对比例1

按照实施例1的方法进行制得轮毂铝合金B1，不同的是，无步骤b，该轮毂铝合金的氢含量、各夹杂物的含量、凝固时的收缩性以及流动性参数见表1。

对比例2

按照实施例1的方法进行制得轮毂铝合金B2，不同的是，无步骤c，该轮毂铝合金的氢含量、各夹杂物的含量、凝固时的收缩性以及流动性参数见表1。

对比例3

按照实施例1的方法进行制得轮毂铝合金B3，不同的是，无步骤d，该轮毂铝合金的氢含量、各夹杂物的含量、凝固时的收缩性以及流动性参数见表1。

对比例4

按照实施例1的方法进行制得轮毂铝合金B4，不同的是，无步骤e，该轮毂铝合金的氢含量、各夹杂物的含量、凝固时的收缩性以及流动性参数见表1。

对比例5

按照实施例1的方法进行制得轮毂铝合金B5，不同的是，无步骤f，该轮毂铝合金的氢含量、各夹杂物的含量、凝固时的收缩性以及流动性参数见表1。

表1

      

由上表可知，实施例A1-A5中的夹杂物含量夹杂物的含量明显低于B1-B5中的夹杂物含量夹杂物的含量，从而使得A1-A5的凝固时收缩性(凝固时收缩性的数值越小表示收缩性越优异)以及流动性明显优于B1-B5；另 一方面，A1-A5中的氢含量的数据明显低于B1-B5的氢含量的数据，从而使得由A1-A5制得的铝合金轮毂上的针孔以及渣孔的数量必然会低于由B1-B5制得的铝合金轮毂上的针孔以及渣孔的数量，从而提高了铝合金轮毂的质量。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。