本发明属于铝合金净化，具体涉及一种铸造铝合金液的精炼净化方法。
背景技术：
1、铸造铝合金是以铝和硅为主要元素的铝合金，具有良好的铸造性能、耐腐蚀性能和力学性能，广泛用于铸造成型各种承载受力的铝合金结构件，如汽车转向节、制动器卡钳、控制臂、发动机缸体、缸盖、活塞、车轮等。随着新能源汽车轻量化和一体化压铸的发展，对铸造铝合金的力学性能要求越来越高，既要求具有更高的强度，同时又要求具有良好的塑性，以满足新能源汽车轻量化发展和一体化压铸的制造要求。
2、铸造铝合金的力学性能与其成分组成有关，通过增加强化元素的含量或数量通常可以提高铸造铝合金的强度，但这种方法同时也会导致铸造铝合金的塑性下降，原因是铸造铝合金的强度与塑性之间存在相互制约、此消彼长的矛盾问题。
3、铸造铝合金的力学性能还与其组织状态相关，粗大的α-al晶粒、si相和富fe相都会降低铸造铝合金的强度和塑性，而细小均匀的α-al晶粒、si相和富fe相则可提高铸造铝合金的强度和塑性。因此，对铸造铝合金进行细化变质也是提高强度和塑性的有效办法。
4、气孔和夹杂是铸造铝合金里面常见的缺陷，气孔和夹杂会割裂铸造铝合金基体，破坏铸造铝合金的组织连续性，造成局部应力集中，成为铸造铝合金断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，从而降低铸造铝合金的强度和塑性。因此，对铸造铝合金液进行精炼除气除渣，提高铸造铝合金的洁净度可以同时提高铸造铝合金的强度和塑性，是解决铸造铝合金强度与塑性相互制约的有效办法。
5、现有铸造铝合金液的精炼净化技术主要包括喷粉精炼和通气精炼，所述喷粉精炼是以惰性气体为载体，将固体粉末状精炼剂喷吹进入铸造铝合金液，通过精炼剂捕获吸附铸造铝合金液的夹杂物，然后浮出达到除渣的目的。所述通气精炼是往铸造铝合金液中通入惰性气体氮气或者氩气，通过惰性气体气泡吸附带出铸造铝合金液中的氢，达到除气目的。
6、从文献资料检索结果和生产实践经验来看，由于现有精炼净化技术的除气除渣效率低，无法大幅提高铸造铝合金液的洁净度，仍旧难以解决铸造铝合金强度与塑性相互制约的矛盾问题，无法满足高强度、高塑性铸造铝合金的生产需求。因此，现有铸造铝合金液的精炼净化技术仍有待改进和发展。
技术实现思路
1、针对背景技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种铸造铝合金液的精炼净化方法，大幅降低铸造铝合金液的气渣含量，提高铸造铝合金的洁净度，解决强度与塑性相互制约的问题，提高铸造铝合金的强度和塑性。
2、本发明实现上述目的采取的技术方案如下：
3、一种铸造铝合金液的精炼净化方法，其特点是，依次包括以下步骤：
4、步骤一：采用惰性气体和固体粉末精炼剂对铸造铝合金液进行喷吹精炼除渣处理，扒去铸造铝合金液表面的浮渣，再将铸造铝合金液静置一段时间；
5、步骤二：采用混合气体对铸造铝合金液进行喷吹精炼除氢处理，扒去铸造铝合金液表面的浮渣，再将铸造铝合金液静置一段时间，得到高洁净的铸造铝合金液。
6、作为优选地，步骤一中所述惰性气体为纯度≥99.99％的氩气，所述精炼剂的用量为铸造铝合金液重量的0.1-0.2％，所述喷吹精炼时铸造铝合金液的温度为700-720℃，所述喷吹精炼时间为15-25分钟，所述铸造铝合金液的静置时间为30-40分钟。
7、所述喷吹精炼是采用喷粉罐和金属管，利用惰性气体为载体，将固体粉末精炼剂喷吹进入铸造铝合金液中，使精炼剂与铸造铝合金液充分接触反应，然后将铸造铝合金液中的夹杂物带出铝合金液，达到除渣目的。
8、喷吹精炼的除渣效果与惰性气体的纯度、精炼剂的用量、精炼剂的质量、铸造铝合金液的温度和喷吹精炼时间等工艺参数有关。所述惰性气体可以是氩气或者氮气，由于氮气会与铸造铝合金液反应形成氮化铝，不仅会导致铝的损耗，而且氮化铝留在铝渣中，当铝渣遇到水时，氮化铝会与水反应产生刺激性难闻的氨气，造成环境污染和危害人体健康。因此，惰性气体优选为氩气。氩气的纯度越高越好，为了保证喷吹精炼的除渣效果，避免带入水汽造成铸造铝合金液吸氢，优选纯度≥99.99％的氩气。
9、精炼剂的用量越大，喷吹精炼时间越长，喷吹精炼的除渣效果也越好，但相应的也会增加生产成本，但铸造铝合金液的温度过高或者喷吹精炼时间太长，也会增加铝合金液的氧化烧损，优选地，精炼剂的用量为铸造铝合金液重量的0.1-0.2％，铸造铝合金液的温度为700-720℃，喷吹精炼时间为15-25分钟。喷吹精炼完成和扒去铸造铝合金液表面的浮渣后，应及时在铸造铝合金液表面撒上覆盖剂，以避免铸造铝合金液的氧化烧损和吸氢。
10、作为优选地，步骤一中所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：nacl 35.12％，naf 19.84％，ticl3 16.51％，srso4 10.06％，kpo3 11.45％，na2b4o7 7.02％。
11、喷粉精炼的除渣效果与精炼剂的成分组成密切相关。现有精炼剂主要以氟盐和氯盐破碎混合得到，精炼剂的除渣效率较低，还存在刺激性烟雾排放量大和功能单一等问题，难以满足高洁净、高性能铸造铝合金的生产需求。
12、为了提高喷粉精炼的除渣效率，本发明研制了更高效环保的多功能精炼剂，其中，nacl通过与铝液反应生成沸点仅为180℃的alcl3，alcl3气泡在上浮过程中通过吸附和捕获夹杂物一起逸出铝液，起到除渣作用。
13、naf熔盐可以破坏氧化铝膜，使氧化铝等夹杂物溶入熔盐中，提高夹杂物与铝液之间的表面张力，促进氧化铝等夹杂物与铝液的分离，增强精炼剂的除渣功能。
14、ticl3与铝液反应生成的ti元素直接进入铝液，可以细化铝合金的α-al晶粒，提高铸造铝合金的强度和塑性。反应生成的alcl3气泡在上浮过程中还能吸附捕获铝液中的夹杂物，增强精炼剂的除渣能力。
15、srso4与铝液反应生成的sr元素进入铝液，可以细化变质共晶si相，提高铸造铝合金的强度和塑性。反应得到的so2气泡在上浮过程中还能吸附捕获铝液中的夹杂物，增强精炼剂的除渣能力。
16、kpo3与铝液反应生成p元素进入铝液，可细化变质初晶si相，不仅可以提高铸造铝合金的强度和塑性，还能增强铸造铝合金的耐磨性能。
17、na2b4o7通过与铝液反应生成b元素进入铝液，可细化变质粗大富fe相，消除粗大富fe相对铸造铝合金强度和塑性的危害，提高铸造铝合金的强度和塑性。
18、作为优选地，步骤一中所述精炼剂的制备方法依次包括以下步骤：
19、步骤一：按精炼剂的成分组成及质量百分比，选用纯度≥99.8％的nacl、naf、ticl3、srso4、kpo3、na2b4o7为原材料进行配料；
20、步骤二：将配料加入到温度70℃的水中搅拌溶解成水溶液，水与配料的质量比为1.2，然后加热至100℃蒸发水溶液，得到固体结晶物；
21、步骤三：将固体结晶物破碎成粒径小于2毫米的粉末，将粉末在160℃烘干脱水4小时，得到所述精炼剂。
22、精炼剂的除渣效果与其制备方法密切相关。现有精炼剂的常规制备方法是将氯盐和氟盐机械破碎后直接混合得到精炼剂，这种方法制备的精炼剂，组成物之间互相独立存在，导致精炼剂的熔点高，除渣效率低。本发明突破传统，采用溶液蒸发法制备精炼剂，通过溶液蒸发，使组成物之间重新凝固再结晶形成具有更低熔点的共晶体，譬如，nacl的熔点通常为801℃，naf的熔点通常为993℃，当二者形成nacl·naf共晶体后，熔点降为698℃，从而大幅降低精炼剂的熔点，使精炼剂更容易熔解于铸造铝合金液，增强精炼剂的除渣效果。
23、作为优选地，步骤二中所述混合气体的用量为2-3立方米/吨铸造铝合金液，混合气体的压力为(0.3-0.5)×105pa，喷吹精炼时铸造铝合金液的温度为700-720℃，喷吹精炼时间为10-20分钟，铸造铝合金液的静置时间为20-30分钟。
24、经过精炼剂喷吹精炼后，铸造铝合金液的渣含量已大幅降低，但铸造铝合金液中仍然含有氢气。精炼剂喷吹精炼虽然也有除氢作用，但除氢效果有限，原因是精炼剂中不可避免地含有水分，在喷吹精炼除氢的同时也会带入水分，使铸造铝合金液重新吸氢，使精炼剂喷吹精炼的除氢始终处于一个动态平衡过程，通常精炼剂喷吹精炼很难将铸造铝合金液的含氢量降低到0.2ml/100gal以下。因此，为了获得高洁净的铸造铝合金液，还必须进行气体精炼除氢。
25、所述混合气体喷吹精炼是采用金属管或者除气机，将混合气体喷吹进入铸造铝合金液中，使混合气体形成细小的气泡与铸造铝合金液充分接触反应，通过气泡上浮过程中将铸造铝合金液中氢带出液面，达到除氢目的。
26、混合气体喷吹精炼的除氢效果与混合气体的用量、铸造铝合金液的温度和喷吹精炼时间等工艺参数有关。混合气体的用量越大，喷吹精炼时间越长，喷吹精炼的除氢效果也越好，但相应的也会增加生产成本，但铸造铝合金液的温度过高或者喷吹精炼时间太长，也会增加铝合金液的氧化烧损。优选地，混合气体的用量为2-3立方米/吨铸造铝合金液，混合气体的压力为(0.3-0.5)×105pa，喷吹精炼时铸造铝合金液的温度为700-720℃，喷吹精炼时间为10-20分钟。喷吹精炼完成和扒去铸造铝合金液表面的浮渣后，应及时在铸造铝合金液表面撒上覆盖剂，以避免铸造铝合金液的氧化烧损和吸氢。
27、作为优选地，步骤二中所述混合气体是由纯度≥99.99％的氩气、六氟化硫和一氧化碳组成的混合气体，混合气体中六氟化硫的体积百分比为9-11％，一氧化碳的体积百分比为3-5％。
28、现有气体喷吹精炼技术中，通常是往铸造铝合金液中喷吹惰性气体氮气或氩气，或者惰性气体和氯气的混合气体，由于氮气、氩气和氯气的相对分子质量小，气体的密度小，其中，氮气的相对分子质量为28.01，密度为1.25kg/m3。氩气的相对分子质量为39.94，密度为1.78kg/m3。氯气的相对分子质量为70.91，密度为3.21kg/m3。导致气泡在铸造铝合金液中的上浮速度较快，气泡与铸造铝合金液的接触时间较短，这极大影响了气体喷吹精炼的除氢效果。另外，虽然氯气的相对密度较大，但氯气属于有强烈刺激性气味的有毒气体，不仅会严重腐蚀熔炼炉和熔炼工具，还会造成严重的环境污染。
29、针对现有气体喷吹精炼技术存在的问题与不足，为了提高气体喷吹精炼的除氢效果，本发明在铸造铝合金液中喷吹由纯度≥99.99％的氩气、纯度≥99.99％的六氟化硫和纯度≥99.99％的一氧化碳组成的混合气体，其中，六氟化硫是一种高密度、高稳定性的气体，并且六氟化硫无毒性，不燃烧也不具有腐蚀性，六氟化硫的相对分子质量为146.05，密度为6.5kg/m3，在混合气体中加入体积百分比为9-11％的六氟化硫，可显著减缓气泡在铸造铝合金液中的上浮速度，增加气泡与铸造铝合金液的接触时间，使气泡能够捕获吸附更多的氢，从而提高气体喷吹精炼的除氢效果。在混合气体中加入体积百分比为3-5％的一氧化碳，目的是使一氧化碳夺取铸造铝合金液中的氧，使之形成二氧化碳，避免氧再度与铝在气泡表面形成氧化铝膜，增强气泡捕获吸附氢的能力，提高气体喷吹精炼的除氢效果，通过混合气体喷吹精炼，通常可将铸造铝合金液的含氢量降低至0.15ml/100gal以下，大幅提高铸造铝合金液的洁净度。
30、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
31、采用本发明可以大幅降低铸造铝合金液的气渣含量，使铸造铝合金液的含氢量降低至0.15ml/100gal以下，夹杂物含量降低至0.1mm2/kgal以下，大幅提高铸造铝合金液的洁净度，进而提高铸造铝合金的强度和塑性，解决强度与塑性相互制约的问题。
1.一种铸造铝合金液的精炼净化方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述铸造铝合金液的精炼净化方法，其特征在于，步骤一中所述惰性气体为纯度≥99.99％的氩气。
3.根据权利要求1所述铸造铝合金液的精炼净化方法，其特征在于，步骤一中所述精炼剂的用量为铸造铝合金液重量的0.1-0.2％。
4.根据权利要求1所述铸造铝合金液的精炼净化方法，其特征在于，步骤一中所述喷吹精炼时铸造铝合金液的温度为700-720℃，所述喷吹精炼时间为15-25分钟，所述铸造铝合金液的静置时间为30-40分钟。
5.根据权利要求1所述铸造铝合金液的精炼净化方法，其特征在于，步骤一中所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：nacl35.12％，naf 19.84％，ticl3 16.51％，srso410.06％，kpo3 11.45％，na2b4o7 7.02％。
6.根据权利要求1或5所述铸造铝合金液的精炼净化方法，其特征在于，所述精炼剂的制备方法依次包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述铸造铝合金液的精炼净化方法，其特征在于，步骤二中所述混合气体的用量为2-3立方米/吨铸造铝合金液，混合气体的压力为(0.3-0.5)×105pa。
8.根据权利要求1所述铸造铝合金液的精炼净化方法，其特征在于，步骤二中所述喷吹精炼时铸造铝合金液的温度为700-720℃，喷吹精炼时间为10-20分钟，铸造铝合金液的静置时间为20-30分钟。
9.根据权利要求1或7所述铸造铝合金液的精炼净化方法，其特征在于，所述混合气体是由氩气、六氟化硫和一氧化碳组成的混合气体，混合气体中六氟化硫的体积百分比为9-11％，一氧化碳的体积百分比为3-5％。
10.根据权利要求1或7所述铸造铝合金液的精炼净化方法，其特征在于，所述混合气体中氩气、六氟化硫和一氧化碳的纯度≥99.99％。
