再生稀土改性的高导电6101铝合金材料及其制备方法

346 编辑：中冶有色技术网来源：中国科学院金属研究所

2024-10-15 15:44:25

权利要求

1.一种再生稀土改性的高导电6101铝合金材料，其特征在于，按质量百分比计，铝合金成分包括组分：再生稀土元素Sm或La 0.03~0.3%，铁Fe 0.05~0.1%，余量为6101铝合金。

2.按照权利要求1所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料，其特征在于，所添加的再生稀土元素Sm和La分别来源于以Mg元素为捕集剂提取稀土磁性废料中的稀土元素Sm和La形成的Mg-Sm中间合金和Mg-La中间合金，稀土磁性废料为钐钴永磁合金或镧铁硅合金。

3.一种权利要求1或2所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)按6101铝合金国标成分要求配制合金原料;

(2)将铝锭放入熔炼炉熔化，调节熔体温度至740℃~770℃;

(3)以Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金的形式向熔体中加入硅、铁元素，并对合金熔体进行搅拌获得6101铝合金熔体;

(4)将合金熔体温度降低至690℃~720℃，6101铝合金中镁元素的一部分含量以Al-Mg中间合金的形式加入;

(5)将熔体温度加热到740℃~770℃，向熔体中通入精炼剂和通入氩气进行净化处理;

(6)调节铝合金熔体温度至690℃~720℃，稀土元素Sm或La以及6101铝合金中其余的Mg以Mg-Sm中间合金或Mg-La中间合金形式加入，并对合金熔体进行搅拌和保温静置，获得组分均匀合金熔体;

(7)将合金熔体浇入模具中冷却，凝固后获得铝合金铸锭;

(8)将铝合金铸锭加热至460℃~490℃，保温8~16 h进行均匀化处理;

(9)将均匀化的铸锭加热至510℃~540℃，保温1~6 h对其进行固溶淬火;

(10)对固溶淬火处理后的铸锭进行轧制变形处理;

(11)将变形后的合金型材加热至175℃~210℃保温4~18h进行时效处理，获得再生稀土改性的高导电6101铝合金材料。

4.权利要求3所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，按质量百分比计，其组成为40%钠冰晶石、46%氟盐反应制备Al5Ti1B中间合金的盐渣、10%氟化铝、2%氟化钙、2%钾长石。

5.按照权利要求3所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，用Mg元素提取稀土磁性废料中稀土元素Sm和La分别制备Mg-Sm和Mg-La中间合金，包括如下步骤：

第一步，将稀土磁性废料依次进行表面清洁、烘干、破碎处理，获得有效直径不大于5mm的稀土磁性废料颗粒;

第二步，在氩气保护下将稀土磁性废料颗粒置于温度为750~1050℃的镁熔体中，保温及搅拌10~45 min后，熔体静置20~60 min;

第三步，将上层含稀土元素的镁熔体倒入模具中冷却凝固形成Mg-Sm中间合金或Mg-La中间合金。

6.按照权利要求5所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，其特征在于，第一步中，破碎处理需在惰性气体保护环境下，稀土磁性废料颗粒的直径为1~3 mm。

7.按照权利要求5所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，其特征在于，第二步中，镁与稀土磁性废料的质量比为0.2~0.8。

8.按照权利要求5所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，其特征在于，第二步中，Mg-Sm中间合金或Mg-La中间合金制备过程的镁熔体温度、保温搅拌时间分别为850℃、35 min和950℃、25 min。

9.按照权利要求5所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，其特征在于，第三步中，上层含稀土元素的镁熔体浇入水冷铁模或铜模中快速冷却获得组织分布均匀的镁稀土中间合金。

10.按照权利要求5所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，其特征在于，第三步中，按质量百分比计，制备的Mg-Sm中间合金或Mg-La中间合金中Sm或La的含量在10%~40%，而且杂质元素Co、Fe总含量< 0.1%。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于二次稀土回收利用和轻质高导电金属材料领域，具体涉及一种再生稀土改性的高导电6101铝合金材料及其制备方法。

背景技术

[0002]金属铝的导电率仅次于银、铜和金，其密度是银的25.7%、铜的30.3%、金的13.9%，尤其铝的价格远远低于这些贵金属。因此，开发轻质高强高导电铝合金材料对促进轨道交通、电力、新能源汽车等行业的发展具有重要意义。6101是一种低合金化的Al-Mg-Si系铝合金。相对于其它6XXX系铝合金，6101铝合金具有比强度高、耐蚀性强、导电性优异，以及可热处理和良好成形性能等特点。近年来，新能源电动汽车、电力、轨道交通等行业的迅猛发展，对6101铝合金的导电率、力学性能、耐腐蚀性能和制备成本等提出了更严苛的要求。据有关专利(如：公告号CN105950893B)报道，全国电工用铝导线的电导率每提升0.1%IACS，每年可减少100亿度电损耗。近年来，6101铝合金成分优化设计及其制备技术引起了铝合金材料科学技术人员的广泛关注和研究。

[0003]专利(CN118143074A、CN110093536B、CN115740057A)分别公开了新能源用、电池导板用、新能源汽车供电用的高导电6101铝合金卷材及其制备方法，其制备方法主要包括：按6101铝合金国标成分制备线杆、连续挤压线杆、挤压型材时效处理等步骤，优化挤压工艺以提升材料的性能，获得的新能源用铝排卷材的导电率、抗拉强度、伸长率分别可为57.8%IACS、190MPa、13.5%，获得的电池导板用铝排卷材的导电率、抗拉强度、屈服强度、伸长率分别可为58.5%IACS、185MPa、150MPa、14%，获得的新能源汽车供电用铝合金卷带材的导电率、抗拉强度、屈服强度、伸长率分别可为59.5%IACS、105MPa、55MPa、18%。

[0004]专利(CN116748326A)公开了一种6101-T63状态铝合金导电异型材及其制备方法与应用，其制备方法主要包括：按6101铝合金国标成分熔铸铝棒、均匀化处理、预热铸棒和挤压模具、挤压、固溶处理、人工时效处理等步骤，导电异型材成型后的壁厚不大于8mm，其导电率≥56%IACS、抗拉强度≥185MPa、屈服强度≥150MPa，直线度≤0.5mm/m，截面轮廓度≤0.2mm。

[0005]专利(CN117587306A)公开了一种改善合金强度和导电性能的6101铝合金板材及其制备方法，其成分组成按质量百分比计为：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%、不可避免的杂质总量不超过0.1%、余量为Al，其制备方法主要包括：制备铝合金铸锭、均匀化处理、轧制变形等步骤，该方法在对6101铝合金熔体进行精炼处理之前向合金中添加了含La和Ce的混合稀土，随后对合金铸锭进行了均匀化处理和轧制变形处理，所制备合金的抗拉强度为177.3MPa~201.8MPa，但电导率仅为42.5%IACS~43.99%IACS。

[0006]专利(CN108546850A和CN116356184A)分别公开了一种高导电性6101铝合金板材的生产方法和一种车用6101铝合金板材及其制备方法、应用。它们都以6101铝合金国标成分熔铸铝合金锭，通过减少杂质元素含量和按特定比例保留必要强化元素，优化Si、Fe、Mg元素比例，再通过相应的板材轧制和热处理工艺。其中，专利(CN108546850A)制备的板材的电导率59.75%IACS、抗拉强度116MPa、屈服强度85MPa、伸长率29%，专利(CN116356184A)制备的板材的电导率≥56%、抗拉强度≥185MPa、屈服强度155~175MPa。

[0007]专利(CN111850350A)公开了新能源汽车熔断器用铝合金材料及其制备方法，按质量百分比计，其合金成分为镁0.4~0.75%、硅0.4~0.75%、铁0.05~0.5%、铜0.05~0.2%、锌0.05~0.2%、锰0.01~0.1%、铬0.01~0.1%、硼0.04~0.1%和混合稀土0.03~0.15%，余量为铝。该方法通过向6101铝合金原料中加入混合稀土元素后，材料的抗拉强度约为195MPa，电导率约为56%IACS。

[0008]专利(CN117265348A)公开了一种中强高导电铝合金板材及其制备方法，按质量百分比计，其合金成分为：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%、余量为杂质和Al，制备方法主要包括铝合金铸锭制备、热处理、轧制、固溶时效处理等步骤。在6101铝合金国标成分基础上添加适量Cu元素，制备的铝合金板材的电导率在53%IACS以上，抗拉强度高于187MPa，硬度大于71HV。

[0009]另外，论文(张瑞峰, 董亚光, 谭瑞, 赵红亮. 混合稀土对架空导线用6101铝合金铸态组织的影响, 河南科技创新驱动, 2016.09)报道了添加0.2%混合稀土的铸态组织平均晶粒尺寸37.02微米，与未添加的相比减小了39.6%。论文(彭小兰, 王红成. 散热器用Al-Mg-Si系6101铝合金材料性能优化研究, 东莞理工学院学报, 2015,22(3):7-11)报道了在6101铝合金中加入适量B和Gd元素可改善6101铝合金力学、导电和导热性能。还有，学位论文(黄嘉俊, 地铁导电轨用6101合金的组份改进与性能平衡优化研究, 华南理工大学, 2022.4)研究了Ni、Ce、Cu和Zn等元素对6101铝合金组织和性能的影响。结果表明，Cu和Zn可促进合金时效强化，但含量增加后合金导电率降低;稀土元素Ce能提高合金导电率，但显著降低合金的力学性能;Ni是改进6101铝合金组织和实现性能平衡优化的较佳元素;优化合金成分和热处理工艺后材料的电导率和抗拉强度分别为55.2%IACS和242.2MPa。学位论文(刘振兴, 6101铝合金的时效热处理研究, 中南大学, 2013.5)研究6101铝合金在不同时效制度下析出相类型和析出相特性对合金导电率的作用。

[0010]综上，6101铝合金在材料制备方法上各有利弊，因材料的强度与导电率之间的倒置关系，难以获得同时提高强度和导电率，以致材料的力学和导电综合性能往往不足。适量添加合金元素对协同提升铝合金的力学性能和导电性能具有相对简捷和清洁高效的特点。尤其是，适量稀土元素的添加，不但可起到净化铝合金熔体和细化晶粒的作用，还能对第二相具有变质效应以及提升铝合金耐腐蚀性的作用。然而，稀土元素相对6101铝合金中的组分Al、Mg、Si等更昂贵，这给高品质稀土铝合金的研发、生产和应用带来了一定的限制。随着铝产业的不断发展以及对铝合金性能和制备成本和周期等要求的提升，急需从原材料来源和制备效率上开发出新方法新技术。

发明内容

[0011]本发明的目的在于提供一种再生稀土改性的高导电6101铝合金材料及其制备方法，获得用再生稀土改性的低成本、高导电6101铝合金材料，以满足工业生产中对高导电6101铝合金材料及其低成本制备方法的需求。

[0012]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种再生稀土改性的高导电6101铝合金材料，按质量百分比计，铝合金成分包括组分：再生稀土元素Sm或La 0.03~0.3%，铁Fe 0.05~0.1%，余量为6101铝合金。

[0013]所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料，所添加的再生稀土元素Sm和La分别来源于以Mg元素为捕集剂提取稀土磁性废料中的稀土元素Sm和La形成的Mg-Sm中间合金和Mg-La中间合金，稀土磁性废料为钐钴永磁合金或镧铁硅合金。

[0014]所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)按6101铝合金国标成分要求配制合金原料;

(2)将铝锭放入熔炼炉熔化，调节熔体温度至740℃~770℃;

(3)以Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金的形式向熔体中加入硅、铁元素，并对合金熔体进行搅拌获得6101铝合金熔体;

(4)将合金熔体温度降低至690℃~720℃，6101铝合金中镁元素的一部分含量以Al-Mg中间合金的形式加入;

(5)将熔体温度加热到740℃~770℃，向熔体中通入精炼剂和通入氩气进行净化处理;

(7)将合金熔体浇入模具中冷却，凝固后获得铝合金铸锭;

(8)将铝合金铸锭加热至460℃~490℃，保温8~16 h进行均匀化处理;

(9)将均匀化的铸锭加热至510℃~540℃，保温1~6 h对其进行固溶淬火;

(10)对固溶淬火处理后的铸锭进行轧制变形处理;

(11)将变形后的合金型材加热至175℃~210℃保温4~18h进行时效处理，获得再生稀土改性的高导电6101铝合金材料。

[0015]所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，步骤(5)中，按质量百分比计，其组成为40%钠冰晶石、46%氟盐反应制备Al5Ti1B中间合金的盐渣、10%氟化铝、2%氟化钙、2%钾长石。

[0016]所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，步骤(6)中，用Mg元素提取稀土磁性废料中稀土元素Sm和La分别制备Mg-Sm和Mg-La中间合金，包括如下步骤：

第一步，将稀土磁性废料依次进行表面清洁、烘干、破碎处理，获得有效直径不大于5mm的稀土磁性废料颗粒;

第二步，在氩气保护下将稀土磁性废料颗粒置于温度为750~1050℃的镁熔体中，保温及搅拌10~45 min后，熔体静置20~60 min;

第三步，将上层含稀土元素的镁熔体倒入模具中冷却凝固形成Mg-Sm中间合金或Mg-La中间合金。

[0017]所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，第一步中，破碎处理需在惰性气体保护环境下，稀土磁性废料颗粒的直径为1~3 mm。

[0018]所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，第二步中，镁与稀土磁性废料的质量比为0.2~0.8。

[0019]所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，第二步中，Mg-Sm中间合金或Mg-La中间合金制备过程的镁熔体温度、保温搅拌时间分别为850℃、35 min和950℃、25 min。

[0020]所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，第三步中，上层含稀土元素的镁熔体浇入水冷铁模或铜模中快速冷却获得组织分布均匀的镁稀土中间合金。

[0021]所述的再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的制备方法，第三步中，按质量百分比计，制备的Mg-Sm中间合金或Mg-La中间合金中Sm或La的含量在10%~40%，而且杂质元素Co、Fe总含量< 0.1%。

[0022]本发明的原理如下：

本发明主要是基于金属原子间的相互作用规律，第三组元在两相中的选择性分布，使废旧钐钴、镧铁硅磁体中稀土元素溶出进入另一种液态金属中。不同元素原子间的相互作用效果与混合焓的值有关，当混合焓为正值时表示两元素原子之间相互排斥，互不相溶，而当混合焓为负值时表示两元素原子之间相互吸引，亲和力较强。考虑到稀土金属在6XXX系铝合金中的应用，于是选取6XXX铝合金中一种组分镁作为钐钴、镧铁硅磁体中稀土元素的捕集剂，同时镁与磁体中除稀土元素之外的其他元素互不混溶，以保证制备的Mg-Sm和Mg-La中间合金中的杂质元素含量低。钐钴、镧铁硅磁体中的稀土元素溶解进入镁熔体后，形成密度相对较小的镁稀土合金液相，而磁体中稀土被提取后剩余为密度较大的Co-Fe基合金，在坩埚中不混溶两相分层，进而分离获得可用于铝合金的镁稀土中间合金和可再利用的铁钴合金。

[0023]与发明人在前期申请的两项中国发明专利(CN116751994A、CN117025958A)相比较，本发明采用的捕集剂是可用于铝合金中的金属镁，而且具体实施方案和工艺参数不同，具体不同的创新性、目标和效果。本发明用镁靶向提取钐钴和镧铁硅合金废料中的稀土元素Sm和La，形成的Mg-Sm和Mg-La中间合金具有生产成本低、制备简捷、在6101铝合金中的作用效果显著的特点。

[0024]本发明高导电6101铝合金中加入了稀土元素Sm或La，提高合金的性能主要归因于以下几方面：1)细化基体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，起到细化基体晶粒，从而提高材料的强度和塑性变形能力;2)稀土元素Sm或La加入后能够降低析出激活能，促使基体Al中第二相的沉淀析出，降低Al基体中其他元素的固溶量;这一方面提高合金中(Mg,Si)析出相和AlFeSi析出相的数量密度，从而起到沉淀强化效果;另一方面，Mg、Si等元素在基体中固溶度减小，有助减小固溶元素对电子的散射作用，提高合金的导电性能;3)稀土元素Sm或La的添加有助对富铁相的变质，提升铝合金的力学和耐腐蚀等性能。

[0025]本发明的优点及有益效果如下：

本发明在铝合金中添加适量稀土元素，不但可起到净化铝合金熔体和细化晶粒的作用，还能对第二相具有变质效应以及提升铝合金耐腐蚀性的作用，具有提质增效的效果。然而稀土元素相对较为昂贵，会增加生产成本。为此，本发明不仅提供了废旧钐钴、镧铁硅磁体中二次稀土金属资源的回收再利用途径，充分发挥二次稀土金属在铝合金中的作用，也为低成本、高品质稀土铝合金材料的生产提供了新方法。本发明利用再生稀土改性而制备的高导电6101铝合金材料具有优异的力学性能和导电性能，具有较高的强度和较好的电导率，其抗拉强度≥210 MPa，电导率≥58%IACS。本发明对开发低成本、高品质稀土铝合金材料，以及战略关键性二次金属资源分离回收再利用提供了新方法，在新能源汽车、电力、轨道交通和资源环境等领域具有有益效果。

附图说明

[0026]图1为按实施例1方法制备的0.05%(质量百分比)再生稀土元素Sm改性的6101铝合金铸态微观组织形貌，黑色为α-Al基体，白色相主要为AlFeSi富铁相。

[0027]图2为按实施例2方法制备的0.1%(质量百分比)再生稀土元素Sm改性的6101铝合金铸态微观组织形貌，黑色为α-Al基体，白色相主要为AlFeSi富铁相。

[0028]图3为按实施例3方法制备的0.25%(质量百分比)再生稀土元素Sm改性的6101铝合金铸态微观组织形貌，黑色为α-Al基体，白色相主要为AlFeSi富铁相。

[0029]图4为按实施例4方法制备的0.05%(质量百分比)再生稀土La改性的6101铝合金铸态微观组织形貌，黑色为α-Al基体，白色相主要为AlFeSi富铁相。

[0030]图5为按实施例5方法制备的0.1%(质量百分比)再生稀土La改性的6101铝合金铸态微观组织形貌，黑色为α-Al基体，白色相主要为AlFeSi富铁相。

[0031]图6为按对比例1方法制备的0.1%(质量百分比)原生稀土La改性的6101铝合金铸态微观组织形貌，黑色为α-Al基体，白色相主要为AlFeSi富铁相。

[0032]图7为按对比例2方法制备的无任何稀土改性的6101铝合金铸态微观组织形貌，黑色为α-Al基体，白色相主要为AlFeSi富铁相。

具体实施方式

[0033]在具体实施过程中，本发明采用再生稀土改性的高导电6101铝合金材料，按质量百分比计，铝合金成分包括组分：稀土元素Sm或La 0.03~0.3%，铁Fe≤0.1%，余量为6101铝合金。添加的稀土元素Sm和La分别来源于以Mg元素为捕集剂提取稀土磁性废料中的稀土元素Sm和La而形成的Mg-Sm中间合金和Mg-La中间合金。首先，用Mg元素提取稀土磁性废料(钐钴永磁合金或镧铁硅合金)中稀土元素Sm和La制备Mg-Sm和Mg-La中间合金;其次，按6101铝合金国标成分配制原料，并将铝锭熔化，依次将元素Si、Fe、Mg加入铝熔体中，搅拌合金熔体并保温;然后，向熔体通入精炼剂和通入氩气进行精炼;随后，稀土元素Sm或La分别以再生Mg-Sm中间合金或Mg-La中间合金加入合金熔体中，搅拌和静置后，获得均匀熔体，随之浇铸成锭;最后，依次对铸锭进行均匀化、固溶淬火、轧制变形、时效处理，获得用再生稀土改性的低成本、高导电6101铝合金材料。

[0034]用Mg元素提取稀土磁性废料中稀土元素Sm和La分别制备Mg-Sm和Mg-La中间合金的方法包括如下步骤：

(1)将稀土磁性废料(钐钴永磁合金或镧铁硅合金)依次进行表面清洁、烘干、破碎处理，获得有效直径不大于5mm的稀土磁性废料颗粒;

(2)在氩气保护下将稀土磁性废料颗粒置于温度为750~1050℃的镁熔体中，保温及搅拌10~45 min后，熔体静置20~60 min;

(3)将上层含稀土元素的镁熔体倒入模具中冷却凝固形成Mg-Sm中间合金或Mg-La中间合金。

[0035]用Mg元素提取稀土磁性废料中稀土元素Sm和La分别制备Mg-Sm和Mg-La中间合金的步骤(1)中，破碎处理需在惰性气体保护环境下，稀土磁性废料颗粒的直径优选1~3 mm。

[0036]用Mg元素提取稀土磁性废料中稀土元素Sm和La分别制备Mg-Sm和Mg-La中间合金的步骤(2)中，金属镁与稀土磁性废料的质量比优选0.2~0.8。

[0037]用Mg元素提取稀土磁性废料中稀土元素Sm和La分别制备Mg-Sm和Mg-La中间合金的步骤(2)中，Mg-Sm中间合金和Mg-La中间合金制备过程的镁熔体温度、保温搅拌时间分别优选850℃、35 min和950℃、25 min。

[0038]用Mg元素提取稀土磁性废料中稀土元素Sm和La分别制备Mg-Sm和Mg-La中间合金的步骤(3)中，上层含稀土元素的镁熔体浇入水冷铁模或铜模中快速冷却获得组织分布均匀的镁稀土中间合金。

[0039]用Mg元素提取稀土磁性废料中稀土元素Sm和La分别制备Mg-Sm和Mg-La中间合金的步骤(3)中，按质量百分比计，制备的Mg-Sm中间合金或Mg-La中间合金中Sm或La的含量在10%~40%，而且杂质元素(如：Co、Fe等)总含量< 0.1%。

[0040]再生稀土改性的高导电6101铝合金材料制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)按6101铝合金国标成分要求配制合金原料;

(2)将铝锭放入熔炼炉熔化，调节熔体温度至740℃~770℃;

(3)以Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金的形式向熔体中加入硅、铁元素，并对合金熔体进行搅拌获得铝合金熔体;

(4)将合金熔体温度降低至690℃~720℃，6101铝合金中镁元素的一部分含量以Al-Mg中间合金的形式加入;

(5)将熔体温度加热到740℃~770℃，向熔体中通入精炼剂(按质量百分比计，其组成为40%钠冰晶石、46%氟盐反应制备Al5Ti1B中间合金的盐渣、10%氟化铝、2%氟化钙、2%钾长石)和通入氩气进行净化处理;

(6)调节铝合金熔体温度至690℃~720℃，稀土元素Sm或La以及6101铝合金中其余的Mg以制备的Mg-Sm中间合金或Mg-La中间合金形式加入，并对合金熔体进行搅拌和保温静置，获得组分均匀合金熔体;

(7)将合金熔体浇入模具中冷却，凝固后获得铝合金铸锭;

(8)将铝合金铸锭加热至460℃~490℃，保温8~16 h进行均匀化处理;

(9)将均匀化的铸锭加热至510℃~540℃，保温1~6 h对其进行固溶淬火;

(10)对固溶淬火处理后的铸锭进行轧制变形处理;

(11)将变形后的合金型材加热至175℃~210℃保温4~18h进行时效处理，获得再生稀土改性的高导电6101铝合金材料。

[0041]另外，氟盐反应制备Al5Ti1B中间合金的盐渣，其主要成分和含量如下：按质量百分比计，60%~90%氟铝酸钾、0~24% 氟化钾、0%~27%氟化铝、0~6% 氟化镁。

[0042]以下结合附图及实施例详述本发明，但本发明的保护范围和应用范围不限于以下实施例。

[0043]实施例1

[0044]本实施例中，按质量百分比计，再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的成分为：稀土元素Sm 0.05%，铁Fe 0.1%，余量为6101铝合金。按质量百分比计，6101铝合金中：镁0.6%，硅0.35%，余量为Al。

[0045]本实施例中，Mg-Sm中间合金的制备方法，其步骤如下：

(1)将钐钴永磁合金废料依次进行表面清洁、烘干，然后在惰性气体保护环境下，将钐钴块体合金破碎成直径为1~3 mm的颗粒;

(2)按照金属镁与钐钴永磁合金颗粒的质量比0.6配料，在氩气保护下将镁块在加热炉中熔化，然后将钐钴永磁合金颗粒逐渐加入镁熔体中，在850℃下保温并搅拌35min，随后静置30min;

(3)将坩埚中的上层含稀土元素的镁熔体倒入水冷铁模中快速冷却，凝固获得Mg-Sm中间合金。

[0046]按照质量百分比计，制备的Mg-Sm中间合金成分为：稀土元素Sm 27%、杂质元素Fe0.03%和Co 0.04%，余量为Mg。

[0047]本实施例中，再生稀土元素Sm改性的高导电6101铝合金材料制备方法，其步骤如下：

(1)按成分要求配制原料;

(2)将铝锭放入熔炼炉熔化，调节熔体温度至750℃;

(3)以Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金的形式向熔体中加入硅、铁元素，并对合金熔体进行搅拌获得铝合金熔体;

(4)将合金熔体温度降低至720℃，铝合金中一部分镁以Al-Mg中间合金形式加入;

(5)将熔体温度加热到750℃，向熔体中通入精炼剂(按质量百分比计，其组成为40%钠冰晶石、46%氟盐反应制备Al5Ti1B中间合金的盐渣、10%氟化铝、2%氟化钙、2%钾长石)和通入氩气进行净化处理;

(6)调节铝合金熔体温度至720℃，稀土元素Sm和剩余一分部Mg以上述制备的Mg-Sm中间合金形式加入，并对合金熔体进行搅拌和保温静置，获得组分均匀合金熔体;

(7)将合金熔体浇入模具中冷却，凝固后获得铝合金铸锭;

(8)将铝合金铸锭加热至470℃，保温12 h进行均匀化处理;

(9)将均匀化的铸锭加热至530℃，保温4 h对其进行固溶淬火处理;

(10)对固溶淬火处理后的铸锭进行轧制变形处理;

(11)将变形后的合金型材加热至195℃保温12 h进行时效处理，获得用二次稀土金属Sm改性的6101铝合金材料。

[0048]如图1所示，本实施例再生稀土元素Sm改性的高导电6101铝合金材料的微观组织，材料的抗拉强度为225 MPa，电导率为58.31%IACS。

[0049]实施例2

[0050]本实施例中，按质量百分比计，再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的成分为：稀土元素Sm 0.1%，铁Fe 0.1%，余量为6101铝合金。按质量百分比计，6101铝合金中：镁0.6%，硅0.35%，余量为Al。

[0051]本实施例中，Mg-Sm中间合金的制备方法，其步骤如下：

(1)将钐钴永磁合金废料依次进行表面清洁、烘干，然后在惰性气体保护环境下，将钐钴块体合金破碎成直径为1~3 mm的颗粒;

(3)将坩埚中的上层含稀土元素的镁熔体倒入水冷铁模中快速冷却，凝固获得Mg-Sm中间合金。

[0052]按照质量百分比计，制备的Mg-Sm中间合金成分为：稀土元素Sm 27%、杂质元素Fe0.02%和Co 0.05%，余量为Mg。

[0053]本实施例中，再生稀土元素Sm改性的高导电6101铝合金材料制备方法，其步骤如下：

(1)按成分要求配制原料;

(2)将铝锭放入熔炼炉熔化，调节熔体温度至750℃;

(3)以Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金的形式向熔体中加入硅、铁元素，并对合金熔体进行搅拌获得铝合金熔体;

(4)将合金熔体温度降低至720℃，铝合金中一部分镁以Al-Mg中间合金形式加入;

(7)将合金熔体浇入模具中冷却，凝固后获得铝合金铸锭;

(8)将铝合金铸锭加热至470℃，保温12 h进行均匀化处理;

(9)将均匀化的铸锭加热至530℃，保温4 h对其进行固溶淬火处理;

(10)对固溶淬火处理后的铸锭进行轧制变形处理;

(11)将变形后的合金型材加热至195℃保温12 h进行时效处理，获得用二次稀土金属Sm改性的6101铝合金材料。

[0054]如图2所示，本实施例再生稀土元素Sm改性的高导电6101铝合金材料的微观组织，材料抗拉强度为231 MPa，电导率为59.02%IACS。与实施例1相比较，本实施例适当增加Sm添加量可使富铁相变得更加细小，有针状转变为颗粒状，而且可同时增加材料强度和电导率。

[0055]实施例3

[0056]本实施例中，按质量百分比计，再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的成分为：稀土元素Sm 0.25%，铁Fe 0.05%，余量为6101铝合金。按质量百分比计，6101铝合金中：镁0.6%，硅0.35%，余量为Al。

[0057]本实施例中，Mg-Sm中间合金的制备方法，其步骤如下：

(1)将钐钴永磁合金废料依次进行表面清洁、烘干，然后在惰性气体保护环境下，将钐钴块体合金破碎成直径为1~3 mm的颗粒;

(3)将坩埚中的上层含稀土元素的镁熔体倒入水冷铁模中快速冷却，凝固获得Mg-Sm中间合金。

[0058]按照质量百分比计，制备的Mg-Sm中间合金成分为：稀土元素Sm 27%、杂质元素Fe0.01%和Co 0.03%，余量为Mg。

[0059]本实施例中，再生稀土元素Sm改性的高导电6101铝合金材料制备方法，其步骤如下：

(1)按成分要求配制原料;

(2)将铝锭放入熔炼炉熔化，调节熔体温度至750℃;

(3)以Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金的形式向熔体中加入硅、铁元素，并对合金熔体进行搅拌获得铝合金熔体;

(4)将合金熔体温度降低至720℃，铝合金中一部分镁以Al-Mg中间合金形式加入;

(7)将合金熔体浇入模具中冷却，凝固后获得铝合金铸锭;

(8)将铝合金铸锭加热至470℃，保温12 h进行均匀化处理;

(9)将均匀化的铸锭加热至530℃，保温4 h对其进行固溶淬火处理;

(10)对固溶淬火处理后的铸锭进行轧制变形处理;

(11)将变形后的合金型材加热至195℃保温12 h进行时效处理，获得用二次稀土金属Sm改性的6101铝合金材料。

[0060]如图3所示，本实施例再生稀土元素Sm改性的高导电6101铝合金材料的微观组织，材料抗拉强度为214 MPa，电导率为58.11%IACS。与实施例2相比较，本实施例继续增加Sm添加量但产生更多针状富铁相，而且材料强度和电导率略有下降。

[0061]实施例4

[0062]本实施例中，按质量百分比计，再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的成分为：稀土La 0.05%，铁Fe 0.08%，余量为6101铝合金。按质量百分比计，6101铝合金中：镁0.6%，硅0.35%，余量为Al。

[0063]本实施例中，Mg-La中间合金的制备方法，其步骤如下：

(1)将镧铁硅合金废料依次进行表面清洁、烘干，然后在惰性气体保护环境下，将镧铁硅块体合金破碎成直径为1~3 mm的颗粒;

(2)按照金属镁与镧铁硅合金颗粒的质量比0.3配料，在氩气保护下将镁块在加热炉中熔化，然后将镧铁硅合金颗粒逐渐加入镁熔体中，在950℃下保温并搅拌35min，随后静置30min;

(3)将坩埚中的上层含稀土元素的镁熔体倒入水冷铁模中快速冷却，凝固获得Mg-La中间合金。

[0064]按照质量百分比计，制备的Mg-La中间合金成分为：稀土La 21%、杂质元素Fe0.04%和Co 0.02%，余量为Mg。

[0065]本实施例中，再生稀土La改性的高导电6101铝合金材料制备方法，其步骤如下：

(1)按成分要求配制原料;

(2)将铝锭放入熔炼炉熔化，调节熔体温度至750℃;

(3)以Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金的形式向熔体中加入硅、铁元素，并对合金熔体进行搅拌获得铝合金熔体;

(4)将合金熔体温度降低至720℃，铝合金中一部分镁以Al-Mg中间合金形式加入;

(6)调节铝合金熔体温度至720℃，稀土元素La和剩余一分部Mg以上述制备的Mg-La中间合金形式加入，并对合金熔体进行搅拌和保温静置，获得组分均匀合金熔体;

(7)将合金熔体浇入模具中冷却，凝固后获得铝合金铸锭;

(8)将铝合金铸锭加热至470℃，保温12 h进行均匀化处理;

(9)将均匀化的铸锭加热至530℃，保温4 h对其进行固溶淬火处理;

(10)对固溶淬火处理后的铸锭进行轧制变形处理;

(11)将变形后的合金型材加热至195℃保温12 h进行时效处理，获得用二次稀土金属La改性的6101铝合金材料。

[0066]如图4所示，本实施例再生稀土La改性的高导电6101铝合金材料的微观组织，材料的抗拉强度为219 MPa，电导率为58.45%IACS。

[0067]实施例5

[0068]本实施例中，按质量百分比计，再生稀土改性的高导电6101铝合金材料的成分为：稀土La 0.1%，铁Fe 0.06%，余量为6101铝合金。按质量百分比计，6101铝合金中：镁0.6%，硅0.35%，余量为Al。

[0069]本实施例中，Mg-La中间合金的制备方法，其步骤如下：

(1)将镧铁硅合金废料依次进行表面清洁、烘干，然后在惰性气体保护环境下，将镧铁硅块体合金破碎成直径为1~3 mm的颗粒;

(3)将坩埚中的上层含稀土元素的镁熔体倒入水冷铁模中快速冷却，凝固获得Mg-La中间合金。

[0070]按照质量百分比计，制备的Mg-La中间合金成分为：稀土La 21%、杂质元素Fe0.01%和Co 0.02%，余量为Mg。

[0071]本实施例中，再生稀土La改性的高导电6101铝合金材料制备方法，其步骤如下：

(1)按成分要求配制原料;

(2)将铝锭放入熔炼炉熔化，调节熔体温度至750℃;

(3)以Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金的形式向熔体中加入硅、铁元素，并对合金熔体进行搅拌获得铝合金熔体;

(4)将合金熔体温度降低至720℃，铝合金中一部分镁以Al-Mg中间合金形式加入;

(7)将合金熔体浇入模具中冷却，凝固后获得铝合金铸锭;

(8)将铝合金铸锭加热至470℃，保温12 h进行均匀化处理;

(9)将均匀化的铸锭加热至530℃，保温4 h对其进行固溶淬火处理;

(10)对固溶淬火处理后的铸锭进行轧制变形处理;

(11)将变形后的合金型材加热至195℃保温12 h进行时效处理，获得用二次稀土金属La改性的6101铝合金材料。

[0072]如图5所示，本实施例再生稀土La改性的高导电6101铝合金材料的微观组织，材料抗拉强度为231 MPa，电导率为59.02%IACS。与实施例4相比较，本实施例适当增加La添加量可使富铁相变得更加细小，有针状转变为颗粒状，而且可同时增加材料强度和电导率。

[0073]对比例1

本对比例中，按质量百分比计，原生稀土La改性的高导电6101铝合金材料的成分：稀土La 0.1%、铁Fe 0.1%，余量为6101铝合金。按质量百分比计，6101铝合金中：镁0.6%，硅0.35%，余量为Al。

[0074]本对比例中，6101铝合金材料的制备方法，其步骤如下：

(1) 按6101铝合金的成分要求配制原料;

(2) 将铝锭放入熔炼炉熔化，调节熔体温度至750℃;

(3) 以Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金的形式向熔体中加入硅、铁元素，并对合金熔体进行搅拌获得铝合金熔体;

(4) 将合金熔体温度降低至720℃，以Al-Mg中间合金形式加入镁元素;

(5) 将熔体温度加热到750℃，向熔体中通入精炼剂(按质量百分比计，其组成为40%钠冰晶石、46%氟盐反应制备Al5Ti1B中间合金的盐渣、10%氟化铝、2%氟化钙、2%钾长石)和通入氩气进行净化处理;

(6) 调节铝合金熔体温度至720℃，原生稀土La以Al-La中间合金形式加入熔体中，并对合金熔体进行搅拌和保温静置，获得组分均匀合金熔体;

(7) 将合金熔体浇入模具中冷却，凝固后获得铝合金铸锭;

(8) 将铝合金铸锭加热至470℃，保温12 h进行均匀化处理;

(9) 将均匀化的铸锭加热至530℃，保温4 h对其进行固溶淬火处理;

(10) 对固溶淬火处理后的铸锭进行轧制变形处理;

(11) 将变形后的合金型材加热至195℃保温12 h进行时效处理，获得用原生稀土金属La改性的6101铝合金材料。

[0075]如图6所示，本对比例原生稀土La改性的高导电6101铝合金材料的微观组织，材料的抗拉强度为234 MPa，电导率为59.10%IACS。实施例5与本对比例1比较，分别添加相同量再生稀土La与原生稀土La几乎具有相同作用效果，再生稀土具有较原生稀土更低成本和低碳环保。

[0076]对比例2

本对比例中，按质量百分比计，无任何稀土改性的高导电6101铝合金材料的成分：铁Fe 0.1%，余量为6101铝合金。按质量百分比计，6101铝合金中：镁0.6%，硅0.35%，余量为Al。

[0077]本对比例中，6101铝合金材料的制备方法，其步骤如下：

(1) 按6101铝合金的成分要求配制原料;

(2) 将铝锭放入熔炼炉熔化，调节熔体温度至750℃;

(3) 以Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金的形式向熔体中加入硅、铁元素，并对合金熔体进行搅拌获得铝合金熔体;

(4) 将合金熔体温度降低至720℃，以Al-Mg中间合金形式加入镁元素;

(5) 将熔体温度加热到750℃，向熔体中通入精炼剂(按质量百分比计，其组成为40%钠冰晶石、46%氟盐反应制备Al5Ti1B中间合金的盐渣、10%氟化铝、2%氟化钙、2%钾长石)和通入氩气进行净化处理;

(6) 调节铝合金熔体温度至720℃，保温静置后，获得组分均匀合金熔体;

(7) 将合金熔体浇入模具中冷却，凝固后获得铝合金铸锭;

(8) 将铝合金铸锭加热至470℃，保温12 h进行均匀化处理;

(9) 将均匀化的铸锭加热至530℃，保温4 h对其进行固溶淬火处理;

(10) 对固溶淬火处理后的铸锭进行轧制变形处理;

(11) 将变形后的合金型材加热至195℃保温12 h进行时效处理，获得用原生稀土金属La改性的6101铝合金材料。

[0078]如图7所示，本对比例无任何稀土改性的高导电6101铝合金材料的微观组织，材料的抗拉强度为202 MPa，电导率为57.34%IACS。本对比例2与实施例1-5和对比例1相比较，表明在6101铝合金添加适量稀土元素Sm或La均可增加合金中富铁相的数量密度，且形态转变为球形或近球形、尺寸得到明显细化，以致可同时提升材料力学和导电性能。

[0079]实施结果表明，本发明创造性地通过向6101铝合金中添加从废旧钐钴、镧铁硅磁体中分别提取回收的稀土元素Sm和La来提高合金的力学性能和导电性能，且在添加稀土元素前对合金熔体进行了精炼净化处理，减弱或避免了合金熔体中各种夹渣/夹杂物对稀土的不利影响，不仅提供了废旧钐钴、镧铁硅磁体中二次稀土金属资源的回收再利用途径，充分发挥二次稀土金属在铝合金中的作用，也为低成本、高品质稀土铝合金材料的生产提供了方法。本发明再生稀土改性的高导电6101铝合金材料具有较高强度和较好的电导率，其抗拉强度≥210 MPa，电导率≥58%IACS。

说明书附图(7)