權利要求
1.一種再生
稀土改性的高導電6101
鋁合金材料，其特征在于，按質量百分比計，鋁合金成分包括組分：再生稀土元素Sm或La 0.03~0.3%，鐵Fe 0.05~0.1%，余量為6101鋁合金。
2.按照權利要求1所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料，其特征在于，所添加的再生稀土元素Sm和La分別來源于以Mg元素為捕集劑提取稀土磁性廢料中的稀土元素Sm和La形成的Mg-Sm中間合金和Mg-La中間合金，稀土磁性廢料為釤鈷永磁合金或鑭鐵硅合金。
3.一種權利要求1或2所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
(1)按6101鋁合金國標成分要求配制合金原料;
(2)將鋁錠放入熔煉爐熔化，調節(jié)熔體溫度至740℃~770℃;
(3)以Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金的形式向熔體中加入硅、鐵元素，并對合金熔體進行攪拌獲得6101鋁合金熔體;
(4)將合金熔體溫度降低至690℃~720℃，6101鋁合金中鎂元素的一部分含量以Al-Mg中間合金的形式加入;
(5)將熔體溫度加熱到740℃~770℃，向熔體中通入精煉劑和通入氬氣進行凈化處理;
(6)調節(jié)鋁合金熔體溫度至690℃~720℃，稀土元素Sm或La以及6101鋁合金中其余的Mg以Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金形式加入，并對合金熔體進行攪拌和保溫靜置，獲得組分均勻合金熔體;
(7)將合金熔體澆入模具中冷卻，凝固后獲得鋁合金鑄錠;
(8)將鋁合金鑄錠加熱至460℃~490℃，保溫8~16 h進行均勻化處理;
(9)將均勻化的鑄錠加熱至510℃~540℃，保溫1~6 h對其進行固溶淬火;
(10)對固溶淬火處理后的鑄錠進行軋制變形處理;
(11)將變形后的合金型材加熱至175℃~210℃保溫4~18h進行時效處理，獲得再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料。
4.權利要求3所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，其特征在于，步驟(5)中，按質量百分比計，其組成為40%鈉冰晶石、46%氟鹽反應制備Al5Ti1B中間合金的鹽渣、10%氟化鋁、2%氟化鈣、2%鉀長石。
5.按照權利要求3所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，其特征在于，步驟(6)中，用Mg元素提取稀土磁性廢料中稀土元素Sm和La分別制備Mg-Sm和Mg-La中間合金，包括如下步驟：
第一步，將稀土磁性廢料依次進行表面清潔、烘干、破碎處理，獲得有效直徑不大于5mm的稀土磁性廢料顆粒;
第二步，在氬氣保護下將稀土磁性廢料顆粒置于溫度為750~1050℃的鎂熔體中，保溫及攪拌10~45 min后，熔體靜置20~60 min;
第三步，將上層含稀土元素的鎂熔體倒入模具中冷卻凝固形成Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金。
6.按照權利要求5所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，其特征在于，第一步中，破碎處理需在惰性氣體保護環(huán)境下，稀土磁性廢料顆粒的直徑為1~3 mm。
7.按照權利要求5所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，其特征在于，第二步中，鎂與稀土磁性廢料的質量比為0.2~0.8。
8.按照權利要求5所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，其特征在于，第二步中，Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金制備過程的鎂熔體溫度、保溫攪拌時間分別為850℃、35 min和950℃、25 min。
9.按照權利要求5所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，其特征在于，第三步中，上層含稀土元素的鎂熔體澆入水冷鐵?；蜚~模中快速冷卻獲得組織分布均勻的鎂稀土中間合金。
10.按照權利要求5所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，其特征在于，第三步中，按質量百分比計，制備的Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金中Sm或La的含量在10%~40%，而且雜質元素Co、Fe總含量< 0.1%。
說明書
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于二次稀土回收利用和輕質高導電金屬材料領域，具體涉及一種再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料及其制備方法。
背景技術
[0002]金屬鋁的導電率僅次于銀、銅和金，其密度是銀的25.7%、銅的30.3%、金的13.9%，尤其鋁的價格遠遠低于這些貴金屬。因此，開發(fā)輕質高強高導電鋁合金材料對促進軌道交通、電力、
新能源汽車等行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。6101是一種低合金化的Al-Mg-Si系鋁合金。相對于其它6XXX系鋁合金，6101鋁合金具有比強度高、耐蝕性強、導電性優(yōu)異，以及可熱處理和良好成形性能等特點。近年來，新能源電動汽車、電力、軌道交通等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對6101鋁合金的導電率、力學性能、耐腐蝕性能和制備成本等提出了更嚴苛的要求。據(jù)有關專利(如：公告號CN105950893B)報道，全國電工用鋁導線的電導率每提升0.1%IACS，每年可減少100億度電損耗。近年來，6101鋁合金成分優(yōu)化設計及其制備技術引起了鋁合金材料科學技術人員的廣泛關注和研究。
[0003]專利(CN118143074A、CN110093536B、CN115740057A)分別公開了新能源用、電池導板用、新能源汽車供電用的高導電6101鋁合金卷材及其制備方法，其制備方法主要包括：按6101鋁合金國標成分制備線桿、連續(xù)擠壓線桿、擠壓型材時效處理等步驟，優(yōu)化擠壓工藝以提升材料的性能，獲得的新能源用鋁排卷材的導電率、抗拉強度、伸長率分別可為57.8%IACS、190MPa、13.5%，獲得的電池導板用鋁排卷材的導電率、抗拉強度、屈服強度、伸長率分別可為58.5%IACS、185MPa、150MPa、14%，獲得的新能源汽車供電用鋁合金卷帶材的導電率、抗拉強度、屈服強度、伸長率分別可為59.5%IACS、105MPa、55MPa、18%。
[0004]專利(CN116748326A)公開了一種6101-T63狀態(tài)鋁合金導電異型材及其制備方法與應用，其制備方法主要包括：按6101鋁合金國標成分熔鑄鋁棒、均勻化處理、預熱鑄棒和擠壓模具、擠壓、固溶處理、人工時效處理等步驟，導電異型材成型后的壁厚不大于8mm，其導電率≥56%IACS、抗拉強度≥185MPa、屈服強度≥150MPa，直線度≤0.5mm/m，截面輪廓度≤0.2mm。
[0005]專利(CN117587306A)公開了一種改善合金強度和導電性能的6101鋁合金板材及其制備方法，其成分組成按質量百分比計為：0.46~0.57% Mg、0.39~0.42% Si、0.06~0.36%Fe、0.07% La、0.13% Ce、Cu≤0.1%、Mn≤0.03%、Cr≤0.03%、不可避免的雜質總量不超過0.1%、余量為Al，其制備方法主要包括：制備鋁合金鑄錠、均勻化處理、軋制變形等步驟，該方法在對6101鋁合金熔體進行精煉處理之前向合金中添加了含La和Ce的混合稀土，隨后對合金鑄錠進行了均勻化處理和軋制變形處理，所制備合金的抗拉強度為177.3MPa~201.8MPa，但電導率僅為42.5%IACS~43.99%IACS。
[0006]專利(CN108546850A和CN116356184A)分別公開了一種高導電性6101鋁合金板材的生產(chǎn)方法和一種車用6101鋁合金板材及其制備方法、應用。它們都以6101鋁合金國標成分熔鑄鋁合金錠，通過減少雜質元素含量和按特定比例保留必要強化元素，優(yōu)化Si、Fe、Mg元素比例，再通過相應的板材軋制和熱處理工藝。其中，專利(CN108546850A)制備的板材的電導率59.75%IACS、抗拉強度116MPa、屈服強度85MPa、伸長率29%，專利(CN116356184A)制備的板材的電導率≥56%、抗拉強度≥185MPa、屈服強度155~175MPa。
[0007]專利(CN111850350A)公開了新能源汽車熔斷器用鋁合金材料及其制備方法，按質量百分比計，其合金成分為鎂0.4~0.75%、硅0.4~0.75%、鐵0.05~0.5%、銅0.05~0.2%、鋅0.05~0.2%、錳0.01~0.1%、鉻0.01~0.1%、硼0.04~0.1%和混合稀土0.03~0.15%，余量為鋁。該方法通過向6101鋁合金原料中加入混合稀土元素后，材料的抗拉強度約為195MPa，電導率約為56%IACS。
[0008]專利(CN117265348A)公開了一種中強高導電鋁合金板材及其制備方法，按質量百分比計，其合金成分為：0.45~0.53% Mg、0.4~0.46% Si、0.1~0.5% Cu、Fe ≤ 0.16%、Zn ≤0.01%、Mn ≤ 0.03%、Cr ≤ 0.02%、余量為雜質和Al，制備方法主要包括鋁合金鑄錠制備、熱處理、軋制、固溶時效處理等步驟。在6101鋁合金國標成分基礎上添加適量Cu元素，制備的鋁合金板材的電導率在53%IACS以上，抗拉強度高于187MPa，硬度大于71HV。
[0009]另外，論文(張瑞峰, 董亞光, 譚瑞, 趙紅亮. 混合稀土對架空導線用6101鋁合金鑄態(tài)組織的影響, 河南科技 創(chuàng)新驅動, 2016.09)報道了添加0.2%混合稀土的鑄態(tài)組織平均晶粒尺寸37.02微米，與未添加的相比減小了39.6%。論文(彭小蘭, 王紅成. 散熱器用Al-Mg-Si系6101鋁合金材料性能優(yōu)化研究, 東莞理工學院學報, 2015,22(3):7-11)報道了在6101鋁合金中加入適量B和Gd元素可改善6101鋁合金力學、導電和導熱性能。還有，學位論文(黃嘉俊, 地鐵導電軌用6101合金的組份改進與性能平衡優(yōu)化研究, 華南理工大學, 2022.4)研究了Ni、Ce、Cu和Zn等元素對6101鋁合金組織和性能的影響。結果表明，Cu和Zn可促進合金時效強化，但含量增加后合金導電率降低;稀土元素Ce能提高合金導電率，但顯著降低合金的力學性能;Ni是改進6101鋁合金組織和實現(xiàn)性能平衡優(yōu)化的較佳元素;優(yōu)化合金成分和熱處理工藝后材料的電導率和抗拉強度分別為55.2%IACS和242.2MPa。學位論文(劉振興, 6101鋁合金的時效熱處理研究, 中南大學, 2013.5)研究6101鋁合金在不同時效制度下析出相類型和析出相特性對合金導電率的作用。
[0010]綜上，6101鋁合金在材料制備方法上各有利弊，因材料的強度與導電率之間的倒置關系，難以獲得同時提高強度和導電率，以致材料的力學和導電綜合性能往往不足。適量添加合金元素對協(xié)同提升鋁合金的力學性能和導電性能具有相對簡捷和清潔高效的特點。尤其是，適量稀土元素的添加，不但可起到凈化鋁合金熔體和細化晶粒的作用，還能對第二相具有變質效應以及提升鋁合金耐腐蝕性的作用。然而，稀土元素相對6101鋁合金中的組分Al、Mg、Si等更昂貴，這給高品質稀土鋁合金的研發(fā)、生產(chǎn)和應用帶來了一定的限制。隨著鋁產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展以及對鋁合金性能和制備成本和周期等要求的提升，急需從原材料來源和制備效率上開發(fā)出新方法新技術。
發(fā)明內容
[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料及其制備方法，獲得用再生稀土改性的低成本、高導電6101鋁合金材料，以滿足工業(yè)生產(chǎn)中對高導電6101鋁合金材料及其低成本制備方法的需求。
[0012]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：
一種再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料，按質量百分比計，鋁合金成分包括組分：再生稀土元素Sm或La 0.03~0.3%，鐵Fe 0.05~0.1%，余量為6101鋁合金。
[0013]所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料，所添加的再生稀土元素Sm和La分別來源于以Mg元素為捕集劑提取稀土磁性廢料中的稀土元素Sm和La形成的Mg-Sm中間合金和Mg-La中間合金，稀土磁性廢料為釤鈷永磁合金或鑭鐵硅合金。
[0014]所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，該方法包括如下步驟：
(1)按6101鋁合金國標成分要求配制合金原料;
(2)將鋁錠放入熔煉爐熔化，調節(jié)熔體溫度至740℃~770℃;
(3)以Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金的形式向熔體中加入硅、鐵元素，并對合金熔體進行攪拌獲得6101鋁合金熔體;
(4)將合金熔體溫度降低至690℃~720℃，6101鋁合金中鎂元素的一部分含量以Al-Mg中間合金的形式加入;
(5)將熔體溫度加熱到740℃~770℃，向熔體中通入精煉劑和通入氬氣進行凈化處理;
(6)調節(jié)鋁合金熔體溫度至690℃~720℃，稀土元素Sm或La以及6101鋁合金中其余的Mg以Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金形式加入，并對合金熔體進行攪拌和保溫靜置，獲得組分均勻合金熔體;
(7)將合金熔體澆入模具中冷卻，凝固后獲得鋁合金鑄錠;
(8)將鋁合金鑄錠加熱至460℃~490℃，保溫8~16 h進行均勻化處理;
(9)將均勻化的鑄錠加熱至510℃~540℃，保溫1~6 h對其進行固溶淬火;
(10)對固溶淬火處理后的鑄錠進行軋制變形處理;
(11)將變形后的合金型材加熱至175℃~210℃保溫4~18h進行時效處理，獲得再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料。
[0015]所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，步驟(5)中，按質量百分比計，其組成為40%鈉冰晶石、46%氟鹽反應制備Al5Ti1B中間合金的鹽渣、10%氟化鋁、2%氟化鈣、2%鉀長石。
[0016]所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，步驟(6)中，用Mg元素提取稀土磁性廢料中稀土元素Sm和La分別制備Mg-Sm和Mg-La中間合金，包括如下步驟：
第一步，將稀土磁性廢料依次進行表面清潔、烘干、破碎處理，獲得有效直徑不大于5mm的稀土磁性廢料顆粒;
第二步，在氬氣保護下將稀土磁性廢料顆粒置于溫度為750~1050℃的鎂熔體中，保溫及攪拌10~45 min后，熔體靜置20~60 min;
第三步，將上層含稀土元素的鎂熔體倒入模具中冷卻凝固形成Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金。
[0017]所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，第一步中，破碎處理需在惰性氣體保護環(huán)境下，稀土磁性廢料顆粒的直徑為1~3 mm。
[0018]所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，第二步中，鎂與稀土磁性廢料的質量比為0.2~0.8。
[0019]所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，第二步中，Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金制備過程的鎂熔體溫度、保溫攪拌時間分別為850℃、35 min和950℃、25 min。
[0020]所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，第三步中，上層含稀土元素的鎂熔體澆入水冷鐵?；蜚~模中快速冷卻獲得組織分布均勻的鎂稀土中間合金。
[0021]所述的再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的制備方法，第三步中，按質量百分比計，制備的Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金中Sm或La的含量在10%~40%，而且雜質元素Co、Fe總含量< 0.1%。
[0022]本發(fā)明的原理如下：
本發(fā)明主要是基于金屬原子間的相互作用規(guī)律，第三組元在兩相中的選擇性分布，使廢舊釤鈷、鑭鐵硅磁體中稀土元素溶出進入另一種液態(tài)金屬中。不同元素原子間的相互作用效果與混合焓的值有關，當混合焓為正值時表示兩元素原子之間相互排斥，互不相溶，而當混合焓為負值時表示兩元素原子之間相互吸引，親和力較強?？紤]到稀土金屬在6XXX系鋁合金中的應用，于是選取6XXX鋁合金中一種組分鎂作為釤鈷、鑭鐵硅磁體中稀土元素的捕集劑，同時鎂與磁體中除稀土元素之外的其他元素互不混溶，以保證制備的Mg-Sm和Mg-La中間合金中的雜質元素含量低。釤鈷、鑭鐵硅磁體中的稀土元素溶解進入鎂熔體后，形成密度相對較小的鎂稀土合金液相，而磁體中稀土被提取后剩余為密度較大的Co-Fe基合金，在坩堝中不混溶兩相分層，進而分離獲得可用于鋁合金的鎂稀土中間合金和可再利用的鐵鈷合金。
[0023]與發(fā)明人在前期申請的兩項中國發(fā)明專利(CN116751994A、CN117025958A)相比較，本發(fā)明采用的捕集劑是可用于鋁合金中的
金屬鎂，而且具體實施方案和工藝參數(shù)不同，具體不同的創(chuàng)新性、目標和效果。本發(fā)明用鎂靶向提取釤鈷和鑭鐵硅合金廢料中的稀土元素Sm和La，形成的Mg-Sm和Mg-La中間合金具有生產(chǎn)成本低、制備簡捷、在6101鋁合金中的作用效果顯著的特點。
[0024]本發(fā)明高導電6101鋁合金中加入了稀土元素Sm或La，提高合金的性能主要歸因于以下幾方面：1)細化基體α-Al晶粒尺寸，稀土元素Sm或La加入后能提高初生相α-Al的形核率，起到細化基體晶粒，從而提高材料的強度和塑性變形能力;2)稀土元素Sm或La加入后能夠降低析出激活能，促使基體Al中第二相的沉淀析出，降低Al基體中其他元素的固溶量;這一方面提高合金中(Mg,Si)析出相和AlFeSi析出相的數(shù)量密度，從而起到沉淀強化效果;另一方面，Mg、Si等元素在基體中固溶度減小，有助減小固溶元素對電子的散射作用，提高合金的導電性能;3)稀土元素Sm或La的添加有助對富鐵相的變質，提升鋁合金的力學和耐腐蝕等性能。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：
本發(fā)明在鋁合金中添加適量稀土元素，不但可起到凈化鋁合金熔體和細化晶粒的作用，還能對第二相具有變質效應以及提升鋁合金耐腐蝕性的作用，具有提質增效的效果。然而稀土元素相對較為昂貴，會增加生產(chǎn)成本。為此，本發(fā)明不僅提供了廢舊釤鈷、鑭鐵硅磁體中二次稀土金屬資源的回收再利用途徑，充分發(fā)揮二次稀土金屬在鋁合金中的作用，也為低成本、高品質稀土鋁合金材料的生產(chǎn)提供了新方法。本發(fā)明利用再生稀土改性而制備的高導電6101鋁合金材料具有優(yōu)異的力學性能和導電性能，具有較高的強度和較好的電導率，其抗拉強度≥210 MPa，電導率≥58%IACS。本發(fā)明對開發(fā)低成本、高品質稀土鋁合金材料，以及戰(zhàn)略關鍵性二次金屬資源分離回收再利用提供了新方法，在新能源汽車、電力、軌道交通和資源環(huán)境等領域具有有益效果。
附圖說明
[0026]圖1為按實施例1方法制備的0.05%(質量百分比)再生稀土元素Sm改性的6101鋁合金鑄態(tài)微觀組織形貌，黑色為α-Al基體，白色相主要為AlFeSi富鐵相。
[0027]圖2為按實施例2方法制備的0.1%(質量百分比)再生稀土元素Sm改性的6101鋁合金鑄態(tài)微觀組織形貌，黑色為α-Al基體，白色相主要為AlFeSi富鐵相。
[0028]圖3為按實施例3方法制備的0.25%(質量百分比)再生稀土元素Sm改性的6101鋁合金鑄態(tài)微觀組織形貌，黑色為α-Al基體，白色相主要為AlFeSi富鐵相。
[0029]圖4為按實施例4方法制備的0.05%(質量百分比)再生稀土La改性的6101鋁合金鑄態(tài)微觀組織形貌，黑色為α-Al基體，白色相主要為AlFeSi富鐵相。
[0030]圖5為按實施例5方法制備的0.1%(質量百分比)再生稀土La改性的6101鋁合金鑄態(tài)微觀組織形貌，黑色為α-Al基體，白色相主要為AlFeSi富鐵相。
[0031]圖6為按對比例1方法制備的0.1%(質量百分比)原生稀土La改性的6101鋁合金鑄態(tài)微觀組織形貌，黑色為α-Al基體，白色相主要為AlFeSi富鐵相。
[0032]圖7為按對比例2方法制備的無任何稀土改性的6101鋁合金鑄態(tài)微觀組織形貌，黑色為α-Al基體，白色相主要為AlFeSi富鐵相。
具體實施方式
[0033]在具體實施過程中，本發(fā)明采用再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料，按質量百分比計，鋁合金成分包括組分：稀土元素Sm或La 0.03~0.3%，鐵Fe≤0.1%，余量為6101鋁合金。添加的稀土元素Sm和La分別來源于以Mg元素為捕集劑提取稀土磁性廢料中的稀土元素Sm和La而形成的Mg-Sm中間合金和Mg-La中間合金。首先，用Mg元素提取稀土磁性廢料(釤鈷永磁合金或鑭鐵硅合金)中稀土元素Sm和La制備Mg-Sm和Mg-La中間合金;其次，按6101鋁合金國標成分配制原料，并將鋁錠熔化，依次將元素Si、Fe、Mg加入鋁熔體中，攪拌合金熔體并保溫;然后，向熔體通入精煉劑和通入氬氣進行精煉;隨后，稀土元素Sm或La分別以再生Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金加入合金熔體中，攪拌和靜置后，獲得均勻熔體，隨之澆鑄成錠;最后，依次對鑄錠進行均勻化、固溶淬火、軋制變形、時效處理，獲得用再生稀土改性的低成本、高導電6101鋁合金材料。
[0034]用Mg元素提取稀土磁性廢料中稀土元素Sm和La分別制備Mg-Sm和Mg-La中間合金的方法包括如下步驟：
(1)將稀土磁性廢料(釤鈷永磁合金或鑭鐵硅合金)依次進行表面清潔、烘干、破碎處理，獲得有效直徑不大于5mm的稀土磁性廢料顆粒;
(2)在氬氣保護下將稀土磁性廢料顆粒置于溫度為750~1050℃的鎂熔體中，保溫及攪拌10~45 min后，熔體靜置20~60 min;
(3)將上層含稀土元素的鎂熔體倒入模具中冷卻凝固形成Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金。
[0035]用Mg元素提取稀土磁性廢料中稀土元素Sm和La分別制備Mg-Sm和Mg-La中間合金的步驟(1)中，破碎處理需在惰性氣體保護環(huán)境下，稀土磁性廢料顆粒的直徑優(yōu)選1~3 mm。
[0036]用Mg元素提取稀土磁性廢料中稀土元素Sm和La分別制備Mg-Sm和Mg-La中間合金的步驟(2)中，金屬鎂與稀土磁性廢料的質量比優(yōu)選0.2~0.8。
[0037]用Mg元素提取稀土磁性廢料中稀土元素Sm和La分別制備Mg-Sm和Mg-La中間合金的步驟(2)中，Mg-Sm中間合金和Mg-La中間合金制備過程的鎂熔體溫度、保溫攪拌時間分別優(yōu)選850℃、35 min和950℃、25 min。
[0038]用Mg元素提取稀土磁性廢料中稀土元素Sm和La分別制備Mg-Sm和Mg-La中間合金的步驟(3)中，上層含稀土元素的鎂熔體澆入水冷鐵?；蜚~模中快速冷卻獲得組織分布均勻的鎂稀土中間合金。
[0039]用Mg元素提取稀土磁性廢料中稀土元素Sm和La分別制備Mg-Sm和Mg-La中間合金的步驟(3)中，按質量百分比計，制備的Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金中Sm或La的含量在10%~40%，而且雜質元素(如：Co、Fe等)總含量< 0.1%。
[0040]再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料制備方法，該方法包括如下步驟：
(1)按6101鋁合金國標成分要求配制合金原料;
(2)將鋁錠放入熔煉爐熔化，調節(jié)熔體溫度至740℃~770℃;
(3)以Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金的形式向熔體中加入硅、鐵元素，并對合金熔體進行攪拌獲得鋁合金熔體;
(4)將合金熔體溫度降低至690℃~720℃，6101鋁合金中鎂元素的一部分含量以Al-Mg中間合金的形式加入;
(5)將熔體溫度加熱到740℃~770℃，向熔體中通入精煉劑(按質量百分比計，其組成為40%鈉冰晶石、46%氟鹽反應制備Al5Ti1B中間合金的鹽渣、10%氟化鋁、2%氟化鈣、2%鉀長石)和通入氬氣進行凈化處理;
(6)調節(jié)鋁合金熔體溫度至690℃~720℃，稀土元素Sm或La以及6101鋁合金中其余的Mg以制備的Mg-Sm中間合金或Mg-La中間合金形式加入，并對合金熔體進行攪拌和保溫靜置，獲得組分均勻合金熔體;
(7)將合金熔體澆入模具中冷卻，凝固后獲得鋁合金鑄錠;
(8)將鋁合金鑄錠加熱至460℃~490℃，保溫8~16 h進行均勻化處理;
(9)將均勻化的鑄錠加熱至510℃~540℃，保溫1~6 h對其進行固溶淬火;
(10)對固溶淬火處理后的鑄錠進行軋制變形處理;
(11)將變形后的合金型材加熱至175℃~210℃保溫4~18h進行時效處理，獲得再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料。
[0041]另外，氟鹽反應制備Al5Ti1B中間合金的鹽渣，其主要成分和含量如下：按質量百分比計，60%~90%氟鋁酸鉀、0~24% 氟化鉀、0%~27%氟化鋁、0~6% 氟化鎂。
[0042]以下結合附圖及實施例詳述本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍和應用范圍不限于以下實施例。
[0043]實施例1
[0044]本實施例中，按質量百分比計，再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的成分為：稀土元素Sm 0.05%，鐵Fe 0.1%，余量為6101鋁合金。按質量百分比計，6101鋁合金中：鎂0.6%，硅0.35%，余量為Al。
[0045]本實施例中，Mg-Sm中間合金的制備方法，其步驟如下：
(1)將釤鈷永磁合金廢料依次進行表面清潔、烘干，然后在惰性氣體保護環(huán)境下，將釤鈷塊體合金破碎成直徑為1~3 mm的顆粒;
(2)按照金屬鎂與釤鈷永磁合金顆粒的質量比0.6配料，在氬氣保護下將鎂塊在加熱爐中熔化，然后將釤鈷永磁合金顆粒逐漸加入鎂熔體中，在850℃下保溫并攪拌35min，隨后靜置30min;
(3)將坩堝中的上層含稀土元素的鎂熔體倒入水冷鐵模中快速冷卻，凝固獲得Mg-Sm中間合金。
[0046]按照質量百分比計，制備的Mg-Sm中間合金成分為：稀土元素Sm 27%、雜質元素Fe0.03%和Co 0.04%，余量為Mg。
[0047]本實施例中，再生稀土元素Sm改性的高導電6101鋁合金材料制備方法，其步驟如下：
(1)按成分要求配制原料;
(2)將鋁錠放入熔煉爐熔化，調節(jié)熔體溫度至750℃;
(3)以Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金的形式向熔體中加入硅、鐵元素，并對合金熔體進行攪拌獲得鋁合金熔體;
(4)將合金熔體溫度降低至720℃，鋁合金中一部分鎂以Al-Mg中間合金形式加入;
(5)將熔體溫度加熱到750℃，向熔體中通入精煉劑(按質量百分比計，其組成為40%鈉冰晶石、46%氟鹽反應制備Al5Ti1B中間合金的鹽渣、10%氟化鋁、2%氟化鈣、2%鉀長石)和通入氬氣進行凈化處理;
(6)調節(jié)鋁合金熔體溫度至720℃，稀土元素Sm和剩余一分部Mg以上述制備的Mg-Sm中間合金形式加入，并對合金熔體進行攪拌和保溫靜置，獲得組分均勻合金熔體;
(7)將合金熔體澆入模具中冷卻，凝固后獲得鋁合金鑄錠;
(8)將鋁合金鑄錠加熱至470℃，保溫12 h進行均勻化處理;
(9)將均勻化的鑄錠加熱至530℃，保溫4 h對其進行固溶淬火處理;
(10)對固溶淬火處理后的鑄錠進行軋制變形處理;
(11)將變形后的合金型材加熱至195℃保溫12 h進行時效處理，獲得用二次稀土金屬Sm改性的6101鋁合金材料。
[0048]如圖1所示，本實施例再生稀土元素Sm改性的高導電6101鋁合金材料的微觀組織，材料的抗拉強度為225 MPa，電導率為58.31%IACS。
[0049]實施例2
[0050]本實施例中，按質量百分比計，再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的成分為：稀土元素Sm 0.1%，鐵Fe 0.1%，余量為6101鋁合金。按質量百分比計，6101鋁合金中：鎂0.6%，硅0.35%，余量為Al。
[0051]本實施例中，Mg-Sm中間合金的制備方法，其步驟如下：
(1)將釤鈷永磁合金廢料依次進行表面清潔、烘干，然后在惰性氣體保護環(huán)境下，將釤鈷塊體合金破碎成直徑為1~3 mm的顆粒;
(2)按照金屬鎂與釤鈷永磁合金顆粒的質量比0.6配料，在氬氣保護下將鎂塊在加熱爐中熔化，然后將釤鈷永磁合金顆粒逐漸加入鎂熔體中，在850℃下保溫并攪拌35min，隨后靜置30min;
(3)將坩堝中的上層含稀土元素的鎂熔體倒入水冷鐵模中快速冷卻，凝固獲得Mg-Sm中間合金。
[0052]按照質量百分比計，制備的Mg-Sm中間合金成分為：稀土元素Sm 27%、雜質元素Fe0.02%和Co 0.05%，余量為Mg。
[0053]本實施例中，再生稀土元素Sm改性的高導電6101鋁合金材料制備方法，其步驟如下：
(1)按成分要求配制原料;
(2)將鋁錠放入熔煉爐熔化，調節(jié)熔體溫度至750℃;
(3)以Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金的形式向熔體中加入硅、鐵元素，并對合金熔體進行攪拌獲得鋁合金熔體;
(4)將合金熔體溫度降低至720℃，鋁合金中一部分鎂以Al-Mg中間合金形式加入;
(5)將熔體溫度加熱到750℃，向熔體中通入精煉劑(按質量百分比計，其組成為40%鈉冰晶石、46%氟鹽反應制備Al5Ti1B中間合金的鹽渣、10%氟化鋁、2%氟化鈣、2%鉀長石)和通入氬氣進行凈化處理;
(6)調節(jié)鋁合金熔體溫度至720℃，稀土元素Sm和剩余一分部Mg以上述制備的Mg-Sm中間合金形式加入，并對合金熔體進行攪拌和保溫靜置，獲得組分均勻合金熔體;
(7)將合金熔體澆入模具中冷卻，凝固后獲得鋁合金鑄錠;
(8)將鋁合金鑄錠加熱至470℃，保溫12 h進行均勻化處理;
(9)將均勻化的鑄錠加熱至530℃，保溫4 h對其進行固溶淬火處理;
(10)對固溶淬火處理后的鑄錠進行軋制變形處理;
(11)將變形后的合金型材加熱至195℃保溫12 h進行時效處理，獲得用二次稀土金屬Sm改性的6101鋁合金材料。
[0054]如圖2所示，本實施例再生稀土元素Sm改性的高導電6101鋁合金材料的微觀組織，材料抗拉強度為231 MPa，電導率為59.02%IACS。與實施例1相比較，本實施例適當增加Sm添加量可使富鐵相變得更加細小，有針狀轉變?yōu)轭w粒狀，而且可同時增加材料強度和電導率。
[0055]實施例3
[0056]本實施例中，按質量百分比計，再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的成分為：稀土元素Sm 0.25%，鐵Fe 0.05%，余量為6101鋁合金。按質量百分比計，6101鋁合金中：鎂0.6%，硅0.35%，余量為Al。
[0057]本實施例中，Mg-Sm中間合金的制備方法，其步驟如下：
(1)將釤鈷永磁合金廢料依次進行表面清潔、烘干，然后在惰性氣體保護環(huán)境下，將釤鈷塊體合金破碎成直徑為1~3 mm的顆粒;
(2)按照金屬鎂與釤鈷永磁合金顆粒的質量比0.6配料，在氬氣保護下將鎂塊在加熱爐中熔化，然后將釤鈷永磁合金顆粒逐漸加入鎂熔體中，在850℃下保溫并攪拌35min，隨后靜置30min;
(3)將坩堝中的上層含稀土元素的鎂熔體倒入水冷鐵模中快速冷卻，凝固獲得Mg-Sm中間合金。
[0058]按照質量百分比計，制備的Mg-Sm中間合金成分為：稀土元素Sm 27%、雜質元素Fe0.01%和Co 0.03%，余量為Mg。
[0059]本實施例中，再生稀土元素Sm改性的高導電6101鋁合金材料制備方法，其步驟如下：
(1)按成分要求配制原料;
(2)將鋁錠放入熔煉爐熔化，調節(jié)熔體溫度至750℃;
(3)以Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金的形式向熔體中加入硅、鐵元素，并對合金熔體進行攪拌獲得鋁合金熔體;
(4)將合金熔體溫度降低至720℃，鋁合金中一部分鎂以Al-Mg中間合金形式加入;
(5)將熔體溫度加熱到750℃，向熔體中通入精煉劑(按質量百分比計，其組成為40%鈉冰晶石、46%氟鹽反應制備Al5Ti1B中間合金的鹽渣、10%氟化鋁、2%氟化鈣、2%鉀長石)和通入氬氣進行凈化處理;
(6)調節(jié)鋁合金熔體溫度至720℃，稀土元素Sm和剩余一分部Mg以上述制備的Mg-Sm中間合金形式加入，并對合金熔體進行攪拌和保溫靜置，獲得組分均勻合金熔體;
(7)將合金熔體澆入模具中冷卻，凝固后獲得鋁合金鑄錠;
(8)將鋁合金鑄錠加熱至470℃，保溫12 h進行均勻化處理;
(9)將均勻化的鑄錠加熱至530℃，保溫4 h對其進行固溶淬火處理;
(10)對固溶淬火處理后的鑄錠進行軋制變形處理;
(11)將變形后的合金型材加熱至195℃保溫12 h進行時效處理，獲得用二次稀土金屬Sm改性的6101鋁合金材料。
[0060]如圖3所示，本實施例再生稀土元素Sm改性的高導電6101鋁合金材料的微觀組織，材料抗拉強度為214 MPa，電導率為58.11%IACS。與實施例2相比較，本實施例繼續(xù)增加Sm添加量但產(chǎn)生更多針狀富鐵相，而且材料強度和電導率略有下降。
[0061]實施例4
[0062]本實施例中，按質量百分比計，再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的成分為：稀土La 0.05%，鐵Fe 0.08%，余量為6101鋁合金。按質量百分比計，6101鋁合金中：鎂0.6%，硅0.35%，余量為Al。
[0063]本實施例中，Mg-La中間合金的制備方法，其步驟如下：
(1)將鑭鐵硅合金廢料依次進行表面清潔、烘干，然后在惰性氣體保護環(huán)境下，將鑭鐵硅塊體合金破碎成直徑為1~3 mm的顆粒;
(2)按照金屬鎂與鑭鐵硅合金顆粒的質量比0.3配料，在氬氣保護下將鎂塊在加熱爐中熔化，然后將鑭鐵硅合金顆粒逐漸加入鎂熔體中，在950℃下保溫并攪拌35min，隨后靜置30min;
(3)將坩堝中的上層含稀土元素的鎂熔體倒入水冷鐵模中快速冷卻，凝固獲得Mg-La中間合金。
[0064]按照質量百分比計，制備的Mg-La中間合金成分為：稀土La 21%、雜質元素Fe0.04%和Co 0.02%，余量為Mg。
[0065]本實施例中，再生稀土La改性的高導電6101鋁合金材料制備方法，其步驟如下：
(1)按成分要求配制原料;
(2)將鋁錠放入熔煉爐熔化，調節(jié)熔體溫度至750℃;
(3)以Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金的形式向熔體中加入硅、鐵元素，并對合金熔體進行攪拌獲得鋁合金熔體;
(4)將合金熔體溫度降低至720℃，鋁合金中一部分鎂以Al-Mg中間合金形式加入;
(5)將熔體溫度加熱到750℃，向熔體中通入精煉劑(按質量百分比計，其組成為40%鈉冰晶石、46%氟鹽反應制備Al5Ti1B中間合金的鹽渣、10%氟化鋁、2%氟化鈣、2%鉀長石)和通入氬氣進行凈化處理;
(6)調節(jié)鋁合金熔體溫度至720℃，稀土元素La和剩余一分部Mg以上述制備的Mg-La中間合金形式加入，并對合金熔體進行攪拌和保溫靜置，獲得組分均勻合金熔體;
(7)將合金熔體澆入模具中冷卻，凝固后獲得鋁合金鑄錠;
(8)將鋁合金鑄錠加熱至470℃，保溫12 h進行均勻化處理;
(9)將均勻化的鑄錠加熱至530℃，保溫4 h對其進行固溶淬火處理;
(10)對固溶淬火處理后的鑄錠進行軋制變形處理;
(11)將變形后的合金型材加熱至195℃保溫12 h進行時效處理，獲得用二次稀土金屬La改性的6101鋁合金材料。
[0066]如圖4所示，本實施例再生稀土La改性的高導電6101鋁合金材料的微觀組織，材料的抗拉強度為219 MPa，電導率為58.45%IACS。
[0067]實施例5
[0068]本實施例中，按質量百分比計，再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料的成分為：稀土La 0.1%，鐵Fe 0.06%，余量為6101鋁合金。按質量百分比計，6101鋁合金中：鎂0.6%，硅0.35%，余量為Al。
[0069]本實施例中，Mg-La中間合金的制備方法，其步驟如下：
(1)將鑭鐵硅合金廢料依次進行表面清潔、烘干，然后在惰性氣體保護環(huán)境下，將鑭鐵硅塊體合金破碎成直徑為1~3 mm的顆粒;
(2)按照金屬鎂與鑭鐵硅合金顆粒的質量比0.3配料，在氬氣保護下將鎂塊在加熱爐中熔化，然后將鑭鐵硅合金顆粒逐漸加入鎂熔體中，在950℃下保溫并攪拌35min，隨后靜置30min;
(3)將坩堝中的上層含稀土元素的鎂熔體倒入水冷鐵模中快速冷卻，凝固獲得Mg-La中間合金。
[0070]按照質量百分比計，制備的Mg-La中間合金成分為：稀土La 21%、雜質元素Fe0.01%和Co 0.02%，余量為Mg。
[0071]本實施例中，再生稀土La改性的高導電6101鋁合金材料制備方法，其步驟如下：
(1)按成分要求配制原料;
(2)將鋁錠放入熔煉爐熔化，調節(jié)熔體溫度至750℃;
(3)以Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金的形式向熔體中加入硅、鐵元素，并對合金熔體進行攪拌獲得鋁合金熔體;
(4)將合金熔體溫度降低至720℃，鋁合金中一部分鎂以Al-Mg中間合金形式加入;
(5)將熔體溫度加熱到750℃，向熔體中通入精煉劑(按質量百分比計，其組成為40%鈉冰晶石、46%氟鹽反應制備Al5Ti1B中間合金的鹽渣、10%氟化鋁、2%氟化鈣、2%鉀長石)和通入氬氣進行凈化處理;
(6)調節(jié)鋁合金熔體溫度至720℃，稀土元素La和剩余一分部Mg以上述制備的Mg-La中間合金形式加入，并對合金熔體進行攪拌和保溫靜置，獲得組分均勻合金熔體;
(7)將合金熔體澆入模具中冷卻，凝固后獲得鋁合金鑄錠;
(8)將鋁合金鑄錠加熱至470℃，保溫12 h進行均勻化處理;
(9)將均勻化的鑄錠加熱至530℃，保溫4 h對其進行固溶淬火處理;
(10)對固溶淬火處理后的鑄錠進行軋制變形處理;
(11)將變形后的合金型材加熱至195℃保溫12 h進行時效處理，獲得用二次稀土金屬La改性的6101鋁合金材料。
[0072]如圖5所示，本實施例再生稀土La改性的高導電6101鋁合金材料的微觀組織，材料抗拉強度為231 MPa，電導率為59.02%IACS。與實施例4相比較，本實施例適當增加La添加量可使富鐵相變得更加細小，有針狀轉變?yōu)轭w粒狀，而且可同時增加材料強度和電導率。
[0073]對比例1
本對比例中，按質量百分比計，原生稀土La改性的高導電6101鋁合金材料的成分：稀土La 0.1%、鐵Fe 0.1%，余量為6101鋁合金。按質量百分比計，6101鋁合金中：鎂0.6%，硅0.35%，余量為Al。
[0074]本對比例中，6101鋁合金材料的制備方法，其步驟如下：
(1) 按6101鋁合金的成分要求配制原料;
(2) 將鋁錠放入熔煉爐熔化，調節(jié)熔體溫度至750℃;
(3) 以Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金的形式向熔體中加入硅、鐵元素，并對合金熔體進行攪拌獲得鋁合金熔體;
(4) 將合金熔體溫度降低至720℃，以Al-Mg中間合金形式加入鎂元素;
(5) 將熔體溫度加熱到750℃，向熔體中通入精煉劑(按質量百分比計，其組成為40%鈉冰晶石、46%氟鹽反應制備Al5Ti1B中間合金的鹽渣、10%氟化鋁、2%氟化鈣、2%鉀長石)和通入氬氣進行凈化處理;
(6) 調節(jié)鋁合金熔體溫度至720℃，原生稀土La以Al-La中間合金形式加入熔體中，并對合金熔體進行攪拌和保溫靜置，獲得組分均勻合金熔體;
(7) 將合金熔體澆入模具中冷卻，凝固后獲得鋁合金鑄錠;
(8) 將鋁合金鑄錠加熱至470℃，保溫12 h進行均勻化處理;
(9) 將均勻化的鑄錠加熱至530℃，保溫4 h對其進行固溶淬火處理;
(10) 對固溶淬火處理后的鑄錠進行軋制變形處理;
(11) 將變形后的合金型材加熱至195℃保溫12 h進行時效處理，獲得用原生稀土金屬La改性的6101鋁合金材料。
[0075]如圖6所示，本對比例原生稀土La改性的高導電6101鋁合金材料的微觀組織，材料的抗拉強度為234 MPa，電導率為59.10%IACS。實施例5與本對比例1比較，分別添加相同量再生稀土La與原生稀土La幾乎具有相同作用效果，再生稀土具有較原生稀土更低成本和低碳環(huán)保。
[0076]對比例2
本對比例中，按質量百分比計，無任何稀土改性的高導電6101鋁合金材料的成分：鐵Fe 0.1%，余量為6101鋁合金。按質量百分比計，6101鋁合金中：鎂0.6%，硅0.35%，余量為Al。
[0077]本對比例中，6101鋁合金材料的制備方法，其步驟如下：
(1) 按6101鋁合金的成分要求配制原料;
(2) 將鋁錠放入熔煉爐熔化，調節(jié)熔體溫度至750℃;
(3) 以Al-Si中間合金、Al-Fe中間合金的形式向熔體中加入硅、鐵元素，并對合金熔體進行攪拌獲得鋁合金熔體;
(4) 將合金熔體溫度降低至720℃，以Al-Mg中間合金形式加入鎂元素;
(5) 將熔體溫度加熱到750℃，向熔體中通入精煉劑(按質量百分比計，其組成為40%鈉冰晶石、46%氟鹽反應制備Al5Ti1B中間合金的鹽渣、10%氟化鋁、2%氟化鈣、2%鉀長石)和通入氬氣進行凈化處理;
(6) 調節(jié)鋁合金熔體溫度至720℃，保溫靜置后，獲得組分均勻合金熔體;
(7) 將合金熔體澆入模具中冷卻，凝固后獲得鋁合金鑄錠;
(8) 將鋁合金鑄錠加熱至470℃，保溫12 h進行均勻化處理;
(9) 將均勻化的鑄錠加熱至530℃，保溫4 h對其進行固溶淬火處理;
(10) 對固溶淬火處理后的鑄錠進行軋制變形處理;
(11) 將變形后的合金型材加熱至195℃保溫12 h進行時效處理，獲得用原生稀土金屬La改性的6101鋁合金材料。
[0078]如圖7所示，本對比例無任何稀土改性的高導電6101鋁合金材料的微觀組織，材料的抗拉強度為202 MPa，電導率為57.34%IACS。本對比例2與實施例1-5和對比例1相比較，表明在6101鋁合金添加適量稀土元素Sm或La均可增加合金中富鐵相的數(shù)量密度，且形態(tài)轉變?yōu)榍蛐位蚪蛐?、尺寸得到明顯細化，以致可同時提升材料力學和導電性能。
[0079]實施結果表明，本發(fā)明創(chuàng)造性地通過向6101鋁合金中添加從廢舊釤鈷、鑭鐵硅磁體中分別提取回收的稀土元素Sm和La來提高合金的力學性能和導電性能，且在添加稀土元素前對合金熔體進行了精煉凈化處理，減弱或避免了合金熔體中各種夾渣/夾雜物對稀土的不利影響，不僅提供了廢舊釤鈷、鑭鐵硅磁體中二次稀土金屬資源的回收再利用途徑，充分發(fā)揮二次稀土金屬在鋁合金中的作用，也為低成本、高品質稀土鋁合金材料的生產(chǎn)提供了方法。本發(fā)明再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料具有較高強度和較好的電導率，其抗拉強度≥210 MPa，電導率≥58%IACS。
說明書附圖(7)
聲明：
“再生稀土改性的高導電6101鋁合金材料及其制備方法” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術網(wǎng)
來源：中國科學院金屬研究所
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2024年10月25日 ~ 27日 
