一种铝锂中间合金的制备方法 【技术领域】
本发明涉及合金制备方法，具体涉及一种铝锂合金的制备方法。
背景技术
锂是自然界最轻的金属元素，密度仅为0.534g/cm3，把金属锂作为合金元素加到金属铝中，就形成了铝锂合金。与常规铝合金相比，铝合金在降低合金比重的同时，还可以提高刚度，同时保持较高的强度、较好的耐腐蚀性、抗疲劳性和适宜的延展性。
如果采用铝锂合金取代传统铝合金制造波音飞机，飞机重量可以减轻14.6％，制造成本下降2.1％。每架飞机的燃料可以节省5.4％，每年的飞行费用将降低2.2％。因此，铝锂合金被认为是航空航天最理想的结构材料。据报道，美国铝业公司，雷诺兹金属公司、英国加拿大铝业公司、法国普基铝业公司和俄罗斯乌拉尔冶金厂等都在工业规模地批量生产铝锂合金材料，用于航空航天工业。我们国家也可以生产工业生产应用的铝锂合金材料。
在现有技术中，制备铝锂合金时，对掺法是比较常用的方法，即向铝液中加入金属锂块，然后配制铸成一定浓度铝锂合金，该方法虽然简单，但是由于金属锂密度小、活性强，所以烧损率高达10～18％之间，因此难以制取成分均匀稳定的铝锂合金。
中国专利CN86108948A公开了一种铝锂中间合金的生产方法，在该方法中采用纯净的氯化锂作为电解质，液态铝作为阴极，然后在电流密度为1.2A～3A/cm2、电解温度为740℃～850℃的条件下制备铝锂中间合金，在电解过程中每隔10分钟搅拌电解液。虽然该方法可以制备锂含量15％以下的铝锂中间合金，但该方法操作过程复杂，因此也不容易制备质量稳定的铝锂中间合金。
本发明人经过研究发现，如果在制备锂金属液后，将该锂金属液直接与铝金属液混合，可以避免锂的烧损，然后通过控制铸造条件，制备成分均匀的铝锂中间合金。
【发明内容】
本发明解决的技术问题在于提供一种可以制备成分均匀的铝锂中间合金的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种铝锂合金的制备方法，包括步骤：
制备锂金属液；
将所述锂金属液和铝金属液送入半连续铸造机的熔炼炉混合；
将所述混合后的金属液从所述熔炼炉送入半连续铸造机的结晶器内铸锭，铸锭时，结晶器内磁场强度为0.01T～0.05T、铸造温度为700℃～900℃。
优选的，所述铸锭时的铸造速度为50mm/min～150mm/min。
优选的，所述制备锂金属液具体为：
采用熔盐电解法或真空还原法制备锂金属液。
优选的，所述将所述锂金属液和铝金属液送入半连续铸造机的熔炼炉混合具体为：
将所述锂金属液和铝金属液通过设置在所述熔炼炉内混合装置进行混合。
优选的，所述混合装置包括：
设置在所述熔炼炉内的两个位置相对的第一流槽和第二流槽，所述第一流槽的出料口设置在第二流槽的出料口的上方，所述锂金属液和铝金属液分别经由第一流槽和第二流槽在熔炼炉内混合。
优选的，所述混合装置包括：
设置在所述熔炼炉内的两个位置相对的第一流槽和第二流槽，所述第一流槽的出料口设置在所述第二流槽的出料口的下方，所述锂金属液和铝金属液分别经由第一流槽和第二流槽在熔炼炉内混合。
本发明还提供一种在上述技术方案所述的制备方法中使用的半连续铸造机，包括熔炼炉和设置在熔炼炉下方的铸造部，所述熔炼炉内设置有混料装置。
优选的，所述混料装置包括设置在所述熔炼炉内的两个位置相对的第一流槽和第二流槽，所述第一流槽的出料口设置在第二流槽的出料口的下方。
优选的，所述熔炼炉顶部设置有分别与第一流槽和第二流槽连接的第一进料口和第二进料口。
优选的，所述第一流槽和第二流槽为耐火材料制成。
本发明提供一种铝锂中间合金的制备方法。本发明将锂金属液和铝金属液一起送入半连续铸造机的熔炼炉内进行混合，然后从半连续铸造机的结晶器内牵引出铝锂中间合金。在结晶器的磁场作用下，混合液发生低频振动和稳定环流，可以对铝金属液和锂金属液起到更好的混合作用，并有效的提高成核率，可以制备成分均匀的铝锂中间合金。在一种优选的实施方式中，通过设置在熔炼炉内的混合装置，将铝金属液和锂金属液在熔炼炉内混合流动，达到更好地混合效果，有利于制备成分均匀的铝锂中间合金。
【附图说明】
图1本发明提供的半连续铸造机的一种实施方式的示意图；
图2本发明提供的第一流槽一种具体实施方式的示意图。
【具体实施方式】
本发明提供的一个制备铝锂合金的实施例，包括步骤：
制备锂金属液；
将所述锂金属液和铝金属液送入半连续铸造机的熔炼炉混合；
将所述混合后的金属液从所述熔炼炉送入半连续铸造机的结晶器内铸锭，铸锭时，电磁场频率为30Hz～100Hz、结晶器内磁场强度为0.01T～0.05T、铸造温度为700℃～900℃，铸造速度为50～150mm/min。
按照本发明，制备锂金属液，可以采用本领域技术人员熟知的熔盐电解法和真空热还原法。然后，将由熔盐电解或真空热还原制备的锂金属液送入半连续制造机的熔炼炉中。本发明所述的铝金属液可以有多种来源，可以采用本领域技术人员熟知的熔盐电解法和真空还原法制备，也可以由纯铝熔化成铝金属液。
请参见图1，为本发明提供的半连续铸造机的一种具体实施方式的示意图。如图1所示，半连续铸造机包括熔炼炉11，在熔炼炉的侧壁上安装有加热线圈12，熔炼炉的下方安装有本领域技术人员熟知的半连续铸造机的结晶器13，在结晶器内安装有电磁线圈13a，在结晶器内循环冷却水用于将锂金属液和铝金属液的混合液体冷却形成铝锂合金。
熔炼炉包括一个盖体11a，在熔炼炉内部安装有两个位置相对的第一流槽11b和第二流槽11c，所述第一流槽11a和第二流槽11c与盖体11a固定连接。另外，在盖体11a上还分别安装有与第一流槽11b和第二流槽11c连接的第一进料口11d和第二进料口11e，通过两个进料口11d、11e分别向熔炼炉内送入锂金属液和铝金属液。在熔炼炉的盖体11a上还设置有输送保护气体的气体输送管15，通过该气体输送管15，向熔炼炉内输送氮气、惰性气体等保护性气体。
请同时参见图2，为本发明提供的第一流槽一种具体实施方式的示意图，第一流槽和第二流槽具有相同的结构，以第一流槽为例说明其结果。如图2所示，所述第一流槽11b包括与设置在盖体11a上的进料口11d连接的倾斜的进料槽101a、与进料槽连接的出料口101b，出料口101b的面积从进料槽开始逐渐扩大，在出料口上设置有多个引流沟槽101c，通过该引流沟槽101c，将锂金属液均匀铺展在出料口101b上。
如图1所示，第一流槽11b的进料口设置在第二流槽11c的下方的位置处，这样当锂金属液从第一进料口进入到第一流槽上时在出料口上均匀铺展后向下流动，铝金属液从第二进料口进入到第二流槽上时在出料口上均匀铺展后向下流动，铝金属液再下流到第一流槽的出料口上与锂金属液混合，一起下落到熔炼炉下部，在混合流动的过程中，锂金属液和铝金属液得到很好的混合效果。混合液中铝和锂的重量比为铝∶锂为1∶15～99∶85，优选为5∶15～95∶85，更优选为10∶15～90∶85。
按照本发明，第一流槽的出料口也可以设置在第二流槽的出料口的上方，也能实现本发明的目的。在本实施方式中，也可以将锂金属液从第二进料口进入到第二流槽，将铝金属液从第一进料口进入到第二流槽，也可实现本发明的目的，对此本发明并无特别限制。第一流槽和第二流槽的材质可以为本领域技术人员熟知的铝合金铸造用耐火材料。
按照本发明，熔炼炉内的温度优选为700℃～900℃，更优选为700℃～800℃，更优选为740℃～760℃。本发明所述铝锂中间合金的铸造温度即指熔炼炉内的混合液温度。
锂金属液和铝金属液的混合液下落到结晶器中，开启结晶器的冷却器后，从结晶器内中牵引出铝锂中间合金棒14。在结晶器内安装有电磁线圈，所述电磁线圈的匝数优选为2000匝～3500匝，更优选为2100匝～3100匝，更优选为2400匝～2600匝。所述电磁线圈的磁场强度优选为0.01T～0.05T，更优选为0.02T～0.04T。电磁场频率为30Hz～100Hz，优选为50Hz～80Hz，更优选为60Hz～70Hz。
从结晶器内向外牵引铝锂中间合金棒14时，对于牵引速度优选为10～200mm/min，更优选为50～150mm/min，更优选为70～130mm/min，更优选为80～150mm/min。本文所述铸造速度即指铝锂合金棒的牵引速度。本文所述铝锂中间合金是指成分组成为铝、锂和不可避免杂质的合金，铝锂中间合金用于制备铝锂合金的原料。
本发明将锂金属液和铝金属液一起送入半连续铸造机的熔炼炉内进行混合，然后从半连续铸造机的结晶器内牵引出铝锂中间合金。在结晶器的磁场作用下，混合液发生低频振动和稳定环流，可以对铝金属液和锂金属液起到更好的混合作用，并有效的提高成核率，可以制备成分均匀的铝锂中间合金。在一种优选的实施方式中，通过设置在熔炼炉内的混合装置，将铝金属液和锂金属液在熔炼炉内混合流动，达到更好的混合效果。
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铝箔的制备方法进行描述。
实施例1
a)取氧化锂作为原料，熔盐电解法制备锂金属液；
b)取纯铝锭熔化，制备铝金属液；
c)将锂金属液通过第一进料口11d输送至熔炼炉内，同时将铝金属液通过第二进料口11e输送至熔炼炉内，锂金属液和铝金属液分别通过第一流槽11b和第二流槽11e下流到熔炼炉下部，并在流动的过程中很好的混合形成混合金属液，混合金属液中铝和锂的重量比为铝∶锂为85∶15，熔炼炉送入氩气作为保护气体；
d)熔炼炉内的温度被设置为750℃，所述混合金属液下落到结晶器内后，开启结晶器的冷却器，从结晶器内向外牵引形成铝锂中间合金，结晶器内的磁场强度为0.03T，电磁线圈匝数为2500匝，电磁场频率为60Hz，牵引速度为70mm/min。
牵引后得到Φ50mm×200mm的铝锂中间棒，对该铝锂合金沿轴向，从端部每隔50mm开始取样，共5个试样，对所述5个试样进行成分测试，结果如表1所示。
表1、铝锂中间合金成分测试结果
以上对本发明所提供的锂铝中间合金的制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。