本發明涉及鋁合金，具體而言，涉及一種鋁鑄錠及其制備方法。

背景技術：

1、金屬元素中，鋁元素在地殼中含量最高，且鋁及其合金是在日常生活中除鋼鐵外最常用的金屬及合金。工業生產的鋁可分為原鋁、純鋁、精鋁、高純鋁與再生鋁等，其中高純鋁是由工業原鋁經過電解精煉、偏析或聯合工藝等方法所獲得的產品。不同的國家對高純鋁有不同的定義，中國是將鋁含量大于99.996％的金屬鋁稱為高純鋁。高純鋁比原鋁具有更好的導電、導熱、抗腐蝕、導磁性小等優良性能，因此高純鋁在電子工業、航空航天及交通能源等領域有著廣泛的用途。

2、在高純鋁的諸多應用領域中，濺射靶材行業高純鋁用量占比最大，超過全行業總用量的半數以上。磁控濺射行業主要通過濺射鍍膜技術將高純鋁應用于平板顯示、集成電路、記錄媒體及光伏電池等的生產過程，根據濺射工藝原理，具有細晶粒、均勻組織的靶材在濺射過程中的濺射效率、穩定性及使用壽命越高，有利于形成高質量薄膜，便于后續應用，因此靶材需要具有細晶組織。

3、作為高純鋁靶材生產過程中的關鍵原材料，鋁鑄錠是靶材制備中必不可少的一環，其質量直接決定著靶材后期加工難易程度及產品質量是否優異。隨著應用需求的不斷提升，對高純鋁鑄錠的性能要求也越來越嚴苛，不但要滿足純度及雜質含量要求，而且也要求鑄錠的晶粒尺寸越細小越好，便于后期靶材的組織調控過程及加工成本的降低。但由于高純鋁純度高、雜質含量低的特點，對其晶粒度的調控過程并不能通過添加晶粒細化劑或利用原始雜質擇優形核實現。

4、專利申請公開號為cn105598398a的中國專利申請公開了一種采用細晶結晶器半連續鑄造高純鋁鑄錠的方法，采用的細晶結晶器含有分流蓋、本體、擋水圈及下蓋板，本體的正中從上到下依次設置有凹環槽、一次冷卻結晶區和出錠區，將分流蓋通過螺栓固定在本體的上端、將下蓋板通過螺栓固定在本體的下端、將擋水圈裝卡在本體和下蓋板的環槽內組裝成細晶結晶器，細晶結晶器的軸線總高度得到有效縮短，本體中的一次冷卻結晶區和出錠區形成二級分配機構，使整個鋁鑄錠形成促進等軸晶生產的負溫度梯度區域，從而實現游離晶粒的等軸形式生產，即通過改變結晶器結構，使得結晶器內部高溫區范圍區間變窄，避免游離晶粒被重熔，從而實現晶核形核數量的增加與組織細化。但是該方法存在設備結構復雜、操作難度大、流程較長的缺點，且制備的晶粒的尺寸仍過大。

5、專利申請公開號為cn118875232a的中國專利申請公開了一種細晶高純鋁鑄錠的制備方法：將原料鋁依次進行酸洗、堿洗和水洗，得到處理鋁料；將處理鋁料依次進行熔化、精煉和鑄造，得到細晶高純鋁鑄錠；其中，鑄造中輔以超聲處理，凝固前期的超聲功率＞凝固后期的超聲功率；凝固前期為凝固高度≤0.4倍鑄錠長度；凝固后期為凝固高度＞0.4倍鑄錠長度，即通過在鑄造階段采用特定的超聲處理過程，實現了所得鋁鑄錠中晶粒的均勻細化。但是該方法的制備周期長、工藝不穩定及存在二次污染，且晶粒的尺寸仍過大。

技術實現思路

1、本發明的主要目的在于提供一種鋁鑄錠及其制備方法，以解決現有技術中鋁鑄錠的制備方法復雜且鋁鑄錠的晶粒較大的問題。

2、為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種鋁鑄錠的制備方法，該制備方法包括以下步驟：步驟s1，將原料鋁進行表面處理，得到處理鋁料；步驟s2，將處理鋁料依次進行熔煉、澆注和冷卻，得到鋁鑄錠；其中，熔煉在真空感應熔煉爐中進行；澆注和冷卻均在電磁攪拌下進行；鋁鑄錠的純度大于99.996％。

3、進一步地，上述電磁攪拌的頻率為7～20hz；和/或，電磁攪拌的電流強度為20～150a。

4、進一步地，當進行澆注時，電磁攪拌的頻率為7～10hz，電磁攪拌的電流強度為20～50a；和/或，澆注的溫度為700～800℃。

5、進一步地，上述冷卻包括依次進行的隨爐冷卻和開蓋冷卻；當進行隨爐冷卻時，電磁攪拌的頻率為7～10hz，電磁攪拌的電流強度為20～100a；和/或，當進行開蓋冷卻時，電磁攪拌的頻率為7～20hz，電磁攪拌的電流強度為50～150a。

6、進一步地，當隨爐冷卻的溫度達到650～670℃時，進行開蓋冷卻。

7、進一步地，當開蓋冷卻的溫度達到200～350℃時，結束開蓋冷卻。

8、進一步地，上述隨爐冷卻的平均降溫速率為1～2.5℃/min；和/或，開蓋冷卻的平均降溫速率為5～20℃/min。

9、進一步地，上述熔煉的溫度為700～800℃；和/或，熔煉的時間為10～60min；和/或，真空感應熔煉爐的真空度不超過5pa。

10、進一步地，上述表面處理選自酸洗、堿洗和水洗中的任意一種或多種；優選地，酸洗采用的酸洗液為無機酸，優選無機酸選自鹽酸、硝酸、氫氟酸和硫酸中的任意一種或多種；優選酸洗液的質量濃度為2～30％；和/或，酸洗的溫度為20～30℃；和/或，酸洗的時間為5～20min；和/或，堿洗采用的堿洗液為無機堿，優選無機堿選自氫氧化鉀、氫氧化鈉和碳酸氫鈉中的任意一種或多種；優選堿洗液的質量濃度為2～30％；和/或，堿洗的溫度為20～30℃；和/或，堿洗的時間為5～20min。

11、根據本發明的另一個方面，提供了一種鋁鑄錠，該鋁鑄錠由前述的制備方法制備得到；優選地，鋁鑄錠中等軸晶粒的平均大小不超過1mm；和/或，鋁鑄錠中等軸晶粒的面積占比≥70％；和/或，鋁鑄錠中缺陷結構的整體占比不超過1％。

12、應用本發明的技術方案，步驟s1中通過將原料鋁進行表面處理以去除原料鋁表面的雜質，從而有助于提高鋁鑄錠的純度。步驟s2中將處理鋁料在真空感應熔煉爐中進行，有助于降低熔煉過程中鋁液與空氣接觸導致的氧化，同時有助于降低異物的引入，在真空環境中達到進一步的除氣熔煉的目的，從而有助于保持甚至提高鋁鑄錠的純度。本申請的澆注在電磁攪拌下進行，一方面有助于促進晶核的均勻形核與擴散、抑制晶核過分長大，降低現有技術中采用超聲機械攪拌處理可能出現的樹枝晶現象，從而有助于制得晶粒更加細小均勻的高純鋁鑄錠；另一方面有助于減少產生現有技術中采用超聲機械攪拌處理帶來的二次污染的問題。并且本申請的冷卻也在電磁攪拌下進行，同時可選配合隨爐冷或開蓋冷方式，較現有技術中采用連鑄或半連鑄等手段調節更簡便，有助于進一步細化晶粒。本申請的制備方法簡單、生產成本低、產品制備周期短，便于批量生產，并且采用本申請的制備方法制備得到的鋁鑄錠的晶粒更加細小，更加適合用作濺射靶材的原料。

技術特征：

1.一種鋁鑄錠的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述電磁攪拌的頻率為7～20hz；和/或，所述電磁攪拌的電流強度為20～150a。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，當進行所述澆注時，所述電磁攪拌的頻率為7～10hz，所述電磁攪拌的電流強度為20～50a；和/或，所述澆注的溫度為700～800℃。

4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述冷卻包括依次進行的隨爐冷卻和開蓋冷卻；

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，當所述隨爐冷卻的溫度達到650～670℃時，進行所述開蓋冷卻。

6.根據權利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，當所述開蓋冷卻的溫度達到200～350℃時，結束所述開蓋冷卻。

7.根據權利要求4至6中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述隨爐冷卻的平均降溫速率為1～2.5℃/min；和/或，所述開蓋冷卻的平均降溫速率為5～20℃/min。

8.根據權利要求1至7中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述熔煉的溫度為700～800℃；和/或，所述熔煉的時間為10～60min；和/或，所述真空感應熔煉爐的真空度不超過5pa。

9.根據權利要求1至8中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述表面處理選自酸洗、堿洗和水洗中的任意一種或多種；

10.一種鋁鑄錠，其特征在于，所述鋁鑄錠由權利要求1至9中任一項所述的制備方法制備得到；優選地，所述鋁鑄錠中等軸晶粒的平均大小不超過1mm；和/或，所述鋁鑄錠中等軸晶粒的面積占比≥70％；和/或，所述鋁鑄錠中缺陷結構的整體占比不超過1％。

技術總結
本發明提供了一種鋁鑄錠及其制備方法。該制備方法包括以下步驟：步驟S1，將原料鋁進行表面處理，得到處理鋁料；步驟S2，將處理鋁料依次進行熔煉、澆注和冷卻，得到鋁鑄錠；其中，熔煉在真空感應熔煉爐中進行；澆注和冷卻均在電磁攪拌下進行；鋁鑄錠的純度大于99.996％。本申請的澆注在電磁攪拌下進行，一方面有助于促進晶核的均勻形核與擴散、抑制晶核過分長大；另一方面有助于減少產生現有技術中采用超聲機械攪拌處理帶來的二次污染的問題。本申請的制備方法簡單、生產成本低、產品制備周期短，便于批量生產，并且采用本申請的制備方法制備得到的鋁鑄錠的晶粒更加細小，更加適合用作濺射靶材的原料。

技術研發人員：趙林艷,王云鵬,王同波,孫燕,莫永達,婁花芬,鐘鼓,齊利娟
受保護的技術使用者：中鋁科學技術研究院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24