本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及再生铝合金配方及其制备方法。
背景技术：
车用铝制品使用中常与fe和cu基部件配合或利用fe基连接件进行组装，这些回收后的铝制品往往未经过区分就直接打包送去铝加工企业。因此，在凝固过程中会产生粗针状的富铁相，该组织会割裂铝合金基体，降低了铝合金的力学性能。再生铝合金中fe和cu含量严重超过国家标准。此外mg、zn、ni等杂质元素的含量也较高，同时adc12有着强度低，塑性差，切削加工性能一般等实际问题，使得难以满足较高强度零部件的要求，更为重要的是，由于非铝元素被大量带入，其力学性能远远低于一次铝合金制品，所以再生铝合金的保级利用技术难度大。再生铝中fe和cu的含量显著过高，含fe量过高，合金中易出现针状的富fe相，这种组织会割裂基体，降低合金的力学性能，这种组织还会使合金的流动性降低，热裂性增大，抗蚀性能降低。同时，adc12本身含有一定量的cu，但其含量严重超过国家标准，含cu量过高，也会使合金的热裂倾向增大。即fe和cu是导致铝合金热裂缺陷的主要有害元素。因此在制造过程中，这类再生铝合金的热裂倾向很大，生产成品率较低，制造成本高。传统废铝再生聚焦于降低铝熔体中杂质元素含量，但是由于我国再生铝行业起步较晚，没有形成规模化，冶炼技术和设备相对落后，使得再生铝产品元素复杂。通常处理后仍然存在较多难去除杂质，故大多只能降级使用。
公号为cn108998675a的中国发明专利公开了一种稀土在废铝再生应用，只通过简单的破碎、磁选等处理之后加入稀土元素，但是这种方法不能解决fe、cu等杂质的残留问题，故难以实现再生铝的保级使用。
公号为cn103643088a专利公开了一种adc12铝合金的变质剂及其变质方法。其通过ti、b和re来细化α-al枝晶以及改善共晶si相的形态和尺寸，从而提高合金的力学性能。
公号为cn110453102a专利公开了一种用于adc12铝合金的复合变质剂及其制备方法。其通过te和稀土yb来细化α-al枝晶以及共晶硅相的形态和尺寸，从而提高adc12的力学性能和铸造性能。
综上可以看出，大多数现有技术只引入1～2稀土元素，或者单纯引入ti、b降低铝合金熔体fe含量，较少关注多种稀土、mn和cr对铝合金熔体的复合改善作用。不能有效地解决现有技术中存在的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种废杂铝制备再生adc12铝合金的方法，该方法能够优化制备的铝合金组织，将合金中的fe、mg、zn、ti等难去除的杂质转变为强化相，还可对铝合金中的针状富fe相进行有效破碎，使其为短棒状，并且还可对铝合金中的共晶si相组织细化为网状结构或者纤维结构，并均匀分布在基体上，同时还具有净化熔体和除气等作用，使得合金上针孔的数量、尺寸明显降低。
本发明是通过以下技术方案得以实现的。
本发明所述的一种废杂铝制备再生adc12铝合金的方法，包括以下步骤。
（1）原材料熔炼：将废杂铝合金用真空高频感应电磁感应炉加热熔炼，熔炼温度控制在740-760℃充分熔化，然后通入氩气进行除气。
（2）精炼及合金成分调整：待步骤（1）熔化的废杂铝合金熔体降温到730℃，向其中加入al-30re、al-10mn、al-10cr进行精炼变质，用石墨棒搅拌1～2min，保温20min后扒渣，过滤，其中re为la、ce和y的混合稀土；再根据成分按照质量百分比，加入工业纯al、al-30si中间合金进行成分调整，待中间合金全部融化后搅拌均匀，再吹入氮气，时间控制在5min，静置20～30min后得到成分调整的再生铝合金。
(3)铸造成型：将步骤（2）中制得铝合金溶液浇注到模具中，冷却到室温得到铸锭。
步骤（2）所述的合金成分调整，按制备的再生铝合金的质量百分数的组分计：si：9.6～12wt.％，cu：1.5～3.5wt.％，la：0.01～1.0wt.％，ce：0.01～1.0wt.％，y：0.01～1.0wt.％，mn：0.01～0.2wt.％，cr：0.01～0.2wt.％，其中杂质控制在：fe<1.3wt.％，mg<0.3wt.％，zn<1.0wt.％，ti：<0.2wt.％，余量为al，其中，稀土元素la、ce和y总量不超过1wt.％。
优选地，按制备的再生铝合金的质量百分数的组分计：si：9.6～12wt.％，cu：1.5～3.5wt.％，la：0.01～0.5wt.％，ce：0.01～0.5wt.％，y：0.01～0.5wt.％，mn：0.01～0.15wt.％，cr：0.01～0.15wt.％，其中杂质控制在：fe<1.0wt.％，mg<0.25wt.％，zn<0.8wt.％，ti：<0.15wt.％，余量为al，其中，稀土元素la、ce和y总量不超过1wt.％。
进一步地，本发明步骤（3）中所述的浇注温度区间是：690～700℃。
进一步地，本发明步骤（3）中所述的模具的预热温度为200～250℃。
本发明是基于以下理论基础及原理。再生铝精炼过程中fe、mg、zn、ti是最为常见的杂质元素。对于fe的转化：通过对铝熔体中添加re、mn及cr，fe易形成(fe、mn)al6、(cr、fe)al7、feresial等相，从而降低了fe杂质元素在铝基体中的固溶度，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。同时mn和cr能使长针状富铁相破碎，形成短棒状或汉字状形状；对于mg的转化：一方面mg在铝合金中可生成mg2si强化相，提高合金拉伸强度和硬度，另一方面，mg还可以生成mg5al8化合物并均匀沉淀，改善合金抗蚀性和焊接性能。更为重要的是，re在再生铝熔体中与al结合，生成la3al11、al3ceal3y等晶核，达到细化晶粒的效果从而增加了其力学性能；本发明聚集于将非铝元素转变为内生析出相，即通过引入稀土等元素，将再生铝熔体中难以去除的杂质转化为细小弥散的增强相，从而提高再生铝的纯净度及性能，以实现汽车废铝的保级再生，解决现有技术中存在的问题。
本发明的有益效果：（1）本发明的配方可使再生adc12铝合金中难以除去的杂质转化为强化相，同时la、ce和y稀土元素有效使粗针状富fe相有效破碎，同时具有净化熔体、除气等作用，同时mn和cr的组合使粗针状的富fe相形成汉字状、块状和鱼骨状。消除了富fe相对基体的割裂影响，从而提高合金的力学性能；（2）本发明制备的再生adc12铝合金具有均匀分布的强化相，并有助于细化共晶si相，能够有效改善铝合金的力学性能；（3）本发明的制备方法简单，该制备方法采用压铸成型工艺，成本较低，有利于产业化。
附图说明
图1为对比例1adc12铝合金的显微组织照片，其中，图a为低倍显微组织图；图b为高倍显微组织图。
图2为实施例3变质后的adc12铝合金的显微组织照片，其中，图a为低倍显微组织图；图b为高倍显微组织图。
图3为实施例4变质后的adc12铝合金的显微组织照片，其中，图a为低倍显微组织图；图b为高倍显微组织图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步说明，以下实施例均在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明实施例选择adc12废杂铝合金作为原料，经熔炼、铸造、均匀化处理，并测试组织性能，作为对比例，需要说明的是，对比例的目的仅仅在于更好地理解本发明的技术特点和有益效果。
对比例1。
本对比例以adc12汽车废铝为原材料，经简单分拣并打包后投入熔炼铝熔炼，然后经铸造成型，均匀化处理，获得再生铝合金铸锭。直接从熔体取样测试其成分，合金的组成及其质量百分比为：si：10.99wt.％，cu：3.72wt.％，mn：0.04％，cr：0.02％，fe：0.72％，mg：0.32％，zn：0.68％，ti：0.24%，余量为al。
本对比例所述的再生铝合金的制备方法，制备工艺过程及其参数如下。
（1）废杂铝合金熔炼：将adc12汽车废铝制品进行称量、熔炼，然后进行熔体精炼处理。先后加入除渣剂和精炼剂进行精炼除渣，控制处理温度为730℃，处理后静置保温30min，得到adc12再生铝合金熔体。
（2）铸造成型：将铝熔体浇注进普通金属型铸造成型，模具预热温度为200～300℃。
对铸造成型的对比例1铸锭制备金相试样进行组织观察，随后进行力学性能测试，其室温拉伸力学性能为：抗拉强度153mpa；断裂伸长率1.2%。
实施例1。al-10.22si-3.0cu-0.05la-0.05ce-0.05y-0.05mn-0.05cr(wt.%)再生铝合金及制备。
本实施例所述的制备方法，具体包括以下步骤。
（1）原材料熔炼：用对比例1得到的adc12再生铝称重，然后用真空高频感应电磁感应炉加热熔炼，熔炼温度控制在760℃充分熔化，然后通入氩气进行除气。
（2）精炼及合金成分调整：待步骤（1）熔化的再生铝合金熔体降温到730℃，向其中加入al-30re、al-30mn、al-20cr进行精炼变质，保温20min后扒渣，过滤，其中re为la、ce和y的混合稀土；之后根据成分按照质量百分比，加入工业纯al、al-30si中间合金进行成分调整，待中间合金全部融化后搅拌均匀，再通入氮气，时间控制在5min，静置保温30min后得到成分调整的再生铝合金。
（3）铸造成型：先将模具在200℃预热10min，随后待步骤(2)中制得铝合金熔体降温至690℃，将铝合金溶液浇注到模具中，冷却到室温得到铸锭。
步骤（2）所述合金成分调整，按制备的再生铝合金的质量百分数的组分计：si：10.22wt.％，cu：3.0wt.％，la：0.05wt.％，ce：0.05wt.％，y：0.05wt.％，mn：0.05wt.％，cr：0.05wt.％，余量为al及fe、mg、zn、ti等杂质。其中测得：fe：0.62％，mg：0.28％，zn：0.52％，ti：0.19%，且以(fe、mn)al6、(cr、fe)al7、feresial、mg2si、mgzn2、tial2等形式存在。
本实施方式得到的高品质再生铝合金其室温拉伸力学性能为：抗拉强度210mpa；断裂伸长率2.7%。
实施例2。al-9.9si-2.72cu-0.1la-0.1ce-0.1y-0.05mn-0.05cr(wt.%)再生铝合金及制备。
本实施例所述的制备方法，具体包括以下步骤。
（1）原材料熔炼：用对比例1得到的adc12再生铝称重，然后用真空高频感应电磁感应炉加热熔炼，熔炼温度控制在760℃充分熔化，然后通入氩气进行除气。
（2）精炼及合金成分调整：待步骤（1）熔化的再生铝合金熔体降温到730℃，向其中加入al-30re、al-30mn、al-20cr进行精炼变质，保温20min后扒渣，过滤，其中re为la、ce、y的混合稀土；之后根据成分按照质量百分比，加入工业纯al、al-30si中间合金进行成分调整，待中间合金全部融化后搅拌均匀，再通入氮气，时间控制在5min，静置保温30min后得到成分调整的再生铝合金。
（3）铸造成型：先将模具在200℃预热10min，随后待步骤（2）中制得铝合金熔体降温至690℃，铝合金溶液浇注到模具中，冷却到室温得到铸锭。
步骤（2）所述合金成分调整，按制备的再生铝合金的质量百分数的组分计：si：9.9wt.％，cu：2.72wt.％，la：0.1wt.％，ce：0.1wt.％，y：0.1wt.％，mn：0.05wt.％，cr：0.05wt.％，余量为al及fe、mg、zn、ti等杂质。其中测得：fe：0.58％，mg：0.24％，zn：0.45％，ti：0.15%，且以(fe、mn)al6、(cr、fe)al7、feresial、mg2si、mgzn2、tial2等形式存在。
本实施方式得到的高品质再生铝合金其室温拉伸力学性能为：抗拉强度220mpa；断裂伸长率3.2%。
对比例2。
本对比例以adc12汽车废铝为原材料，经简单分拣并打包后投入熔炼铝熔炼，然后经铸造成型，均匀化处理，获得再生铝合金铸锭。直接从熔体取样测试其成分，合金的组成及其质量百分比为：si：10.54wt.％，cu：3.32wt.％，mn：0.06％，cr：0.03％，fe：0.76％，mg：0.28％，zn：0.56％，ti：0.19%，余量为al。
本对比例所述的再生铝合金的制备方法，制备工艺过程及其参数如下。
（1）废杂铝合金熔炼：将adc12汽车废铝制品进行称量、熔炼，然后进行熔体精炼处理。先后加入除渣剂和精炼剂进行精炼除渣，控制处理温度为730℃，处理后静置保温30min，得到adc12再生铝合金熔体。
（2）铸造成型：将铝熔体浇注进普通金属型铸造成型，模具预热温度为200～300℃。
对铸造成型的对比例2铸锭制备金相试样进行组织观察，随后进行力学性能测试，其室温拉伸力学性能为：抗拉强度149mpa；断裂伸长率1.2%。
实施例3。al-10.23si-3.1cu-0.15la-0.15ce-0.15y-0.08mn-0.08cr(wt.%)再生铝合金及制备。
本实施例所述的制备方法，具体包括以下步骤。
（1）原材料熔炼：用对比例2得到的adc12再生铝用称重，然后用真空高频感应电磁感应炉加热熔炼，熔炼温度控制在750℃充分熔化，然后通入氩气进行除气。
（2）精炼及合金成分调整：待步骤（1）熔化的再生铝合金熔体降温到730℃，向其中加入al-30re、al-30mn、al-20cr进行精炼变质，保温20min后扒渣，过滤，其中re为la、ce、y的混合稀土；之后根据成分按照质量百分比，加入工业纯al、al-30si中间合金进行成分调整，待中间合金全部融化后搅拌均匀，再通入氮气，时间控制在5min，静置保温20min后得到成分调整的再生铝合金。
（3）铸造成型：先将模具在200℃预热10min，随后待步骤（2）中制得铝合金熔体降温至690℃，将铝合金溶液浇注到模具中，冷却到室温得到铸锭。
步骤（2）所述合金成分调整，按制备的再生铝合金的质量百分数的组分计：si：10.23wt.％，cu：3.1wt.％，la：0.15wt.％，ce：0.15wt.％，y：0.15wt.％，mn：0.08wt.％，cr：0.08wt.％，余量为al及fe、mg、zn、ti等杂质。其中测得：fe：0.62％，mg：0.22％，zn：0.42％，ti：0.13%，且以(fe、mn)al6、(cr、fe)al7、feresial、mg2si、mgzn2、tial2等形式存在。
本实施方式得到的高品质再生铝合金其室温拉伸力学性能为：抗拉强度226mpa；断裂伸长率3.4%。
实施例4。al-9.9si-2.8cu-0.3la-0.2ce-0.3y-0.1mn-0.1cr(wt.%)再生铝合金及制备。
本实施例所述的制备方法，具体包括以下步骤。
（1）原材料熔炼：用对比例1得到的adc12再生铝称重，然后用真空高频感应电磁感应炉加热熔炼，熔炼温度控制在760℃充分熔化，然后通入氩气进行除气。
（2）精炼及合金成分调整，待步骤（1）熔化的再生铝合金熔体降温到730℃，向其中加入al-30re、al-30mn、al-20cr进行精炼变质，保温20min后扒渣，过滤，其中re为la、ce、y的混合稀土；之后根据成分按照质量百分比，加入工业纯al、al-30si中间合金进行成分调整，待中间合金全部融化后搅拌均匀，再通入氮气，时间控制在5min，静置保温30min后得到成分调整的再生铝合金。
（3）铸造成型：先将模具在200℃预热10min，随后待步骤（2）中制得铝合金熔体降温至690℃，将铝合金溶液浇注到模具中，冷却到室温得到铸锭。
步骤（2）所述合金成分调整，按制备的再生铝合金的质量百分数的组分计：si：9.9wt.％，cu：2.8wt.％，la：0.3wt.％，ce：0.2wt.％，y：0.3wt.％，mn：0.1wt.％，cr：0.1wt.％，余量为al及fe、mg、zn、ti等杂质。其中测得：fe：0.53％，mg：0.18％，zn：0.36％，ti：0.1%，且以(fe、mn)al6、(cr、fe)al7、feresial、mg2si、mgzn2、tial2等形式存在。
本实施方式得到的高品质再生铝合金其室温拉伸力学性能为：抗拉强度234mpa；断裂伸长率3.8%。
实施例5。al-9.72si-2.6cu-0.4la-0.3ce-0.3y-0.1mn-0.1cr(wt.%)再生铝合金及制备。
本实施例所述的制备方法，具体包括以下步骤。
（1）原材料熔炼：用对比例1得到的adc12再生铝用称重，然后用真空高频感应电磁感应炉加热熔炼，熔炼温度控制在760℃充分熔化，然后通入氩气进行除气。
（2）精炼及合金成分调整：待步骤（1）熔化的再生铝合金熔体降温到730℃，向其中加入al-30re、al-30mn、al-20cr进行精炼变质，保温20min后扒渣，过滤，其中re为la、ce、y的混合稀土；之后根据成分按照质量百分比，加入工业纯al、al-30si中间合金进行成分调整，待中间合金全部融化后搅拌均匀，再通入氮气，时间控制在5min，静置保温30min后得到成分调整的再生铝合金。
（3）铸造成型：先将模具在200℃预热10min，随后待步骤（2）中制得铝合金熔体降温至690℃，铝合金溶液浇注到模具中，冷却到室温得到铸锭。
步骤（2）所述合金成分调整，按制备的再生铝合金的质量百分数的组分计：si：9.72wt.％，cu：2.6wt.％，la：0.4wt.％，ce：0.3wt.％，y：0.3wt.％，mn：0.1wt.％，cr：0.1wt.％，余量为al及fe、mg、zn、ti等杂质。其中测得：fe：0.47％，mg：0.16％，zn：0.32％，ti：0.08%，且以(fe、mn)al6、(cr、fe)al7、feresial、mg2si、mgzn2、tial2等形式存在。
本实施方式得到的高品质再生铝合金其室温拉伸力学性能为：抗拉强度223mpa；断裂伸长率3.5%。
上述再生铝合金的制备方法，该配方能够优化制备的铝合金组织，将合金中的fe、mg、zn、ti等难去除的杂质转变为强化相，还可对铝合金中的针状富fe相进行有效破碎，使其为短棒状或者汉字状，并且还可对铝合金中的共晶si相组织细化为网状结构或者纤维结构，并均匀分布在基体上，同时还具有净化熔体和除气等作用，使得合金上针孔的数量、尺寸明显降低。
同时能够适应不同场合的制备要求，利于产业化应用。
铝合金拉伸测试：参照《gb/t228.1-2010金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》测试的铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率。采用一般铸造方式得到不同成分配方的拉伸试棒(直径6.4mm*标距50mm)，采用型号为labsans30kn的电子万能试验机进行拉伸性能测试，标距为50mm，加载速率为2mm/min，其测试结果如下表：
本发明实施例中的配方及制备方法具有以下有益效果。
（1）本发明的配方可使再生adc12铝合金中难以除去的杂质转化为增强相，同时la、ce和y稀土元素有效使针状富fe相有效破碎，同时具有除杂、除气等作用，同时mn和cr的组合使针状的富fe相形成汉字或者鱼骨状。消除了富fe相对基体的割裂影响；并且使合金同时具有较高强度(234mpa)和塑性(3.8%)，分别提高了57％和216％。
（2）本发明制备的再生adc12铝合金具有均匀分布的强化相，并有助于细化共晶si相，减轻共晶si相对基体的割裂影响，能够有效改善铝合金的力学性能。
（3）本发明的制备方法简单，该制备方法采用压铸成型工艺，成本较低，有利于产业化。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
