專利名稱：一種Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑的制備 方法，所制備的中間合金適用于鋁、鋁合金及鋅鋁合金的晶粒細(xì)化。
技術(shù)背景目前的工業(yè)生產(chǎn)中，鋁及其合金的晶粒細(xì)化方法通常是向鋁熔體中添加 含有TiB2粒子的Al-Ti-B中間合金，含有TiC粒子的Al-Ti-C中間合金也有少 量實(shí)際應(yīng)用。在長期使用過程中，Al-Ti-B中間合金出現(xiàn)一些難以克服的缺陷，如TiB2 粒子尺寸較大，在細(xì)化過程中易聚集成團(tuán)，導(dǎo)致細(xì)化效果下降，同時顆粒聚 團(tuán)會給產(chǎn)品帶來表面質(zhì)量缺陷；細(xì)化含有Zr、 Cr元素的鋁及其合金時，TiB2 粒子會中毒失去細(xì)化作用。能夠克服以上缺陷的Al-Ti-C中間合金被認(rèn)為是 Al-Ti-B中間合金的更新?lián)Q代產(chǎn)品，然而它本身也出現(xiàn)一些不盡人意的問題 TiC粒子在鋁液中具有不穩(wěn)定性，細(xì)化保溫過程中會與鋁反應(yīng)而導(dǎo)致界面處 生成AUC3，使細(xì)化能力出現(xiàn)時間衰退問題；細(xì)化含有Si、 Mn等元素的鋁合 金時，TiC粒子會與這些元素反應(yīng)，產(chǎn)生"中毒"，導(dǎo)致細(xì)化能力下降。申請?zhí)柗謩e為93114567.8和90105092.X的中國發(fā)明專利、文獻(xiàn)"特種鑄 造及有色合金，1997(1) :9-11"和文獻(xiàn)"特種鑄造及有色合金，2008年年會專 刊，175-177"均報導(dǎo)同時含有TiB2和TiC粒子的Al-Ti-B-C中間合金可以 克服上述A1-Ti-B和A1-Ti-C的"中毒"現(xiàn)象及細(xì)化的時間衰退等缺點(diǎn)，并能 綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的鋁及鋁合金細(xì)化劑。目前已知的A1-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑的制備方法有兩種第一種見文獻(xiàn) "特種鑄造及有色合金，2008年年會?？?75-177"，制備過程是分別制 備出含有TiB2粒子的Al-Ti-B中間合金和含有TiC粒子的Al-Ti-C中間合金，然 后再將兩者熔化機(jī)械混合于一起而得到A1-Ti-B-C細(xì)化劑。這一工藝方法存在 的一個問題是多步反應(yīng)，導(dǎo)致生產(chǎn)工序多、生產(chǎn)工期長，生產(chǎn)能耗高，因此 生產(chǎn)成本較高。此外，生產(chǎn)A1-Ti-B的常用方法是將含有鈦和硼元素的氟鹽 (如K2TiF6、 KBF4)加入到鋁液反應(yīng)，氟鹽與鋁液反應(yīng)過程中會腐蝕熔煉坩 堝和工具，會在細(xì)化劑基體中殘留有害的夾雜物，同時反應(yīng)過程中還會大量 釋放出含有氟化物的有毒氣體和煙霧，造成生產(chǎn)條件惡劣并污染大氣環(huán)境。 第二種制備Al-Ti-B-C中間合金的方法見申請?zhí)枮?0105092.X的中國發(fā)明專利，其工藝過程是先將純鈦加入鋁液熔煉得到鋁鈦合金液，然后再將碳粉和 KBF4混合物加入到鋁鈦合金液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程可在大氣中或真空中進(jìn) 行。由于原料中含有氟鹽，另外在大氣中反應(yīng)時還需要冰晶石或其它鹵鹽作 熔劑，這同樣出現(xiàn)上述A1-Ti-B中間合金制備過程中由鹽類帶來的一系列問 題。在真空中反應(yīng)還需要真空設(shè)備和生產(chǎn)過程中的真空操作，會大大增加生 產(chǎn)設(shè)備和工藝的復(fù)雜程度，使生產(chǎn)周期增長，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增高。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑制備方法的缺點(diǎn) 和問題，提供一種新型的Al-Ti-B-C中間合金晶粒細(xì)化劑制備工藝，所制備 的中間合金適用于鋁、鋁合金及鋅鋁合金的晶粒細(xì)化。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑的制備方法，包括以下步驟(1) 按下列質(zhì)量比例準(zhǔn)備原料純鋁錠，66-98%;純鈦粉，1-20%;碳化硼(B4C)粉，0.1-7%;純鋁粉，0-15%;(2) 用中頻感應(yīng)電爐將純鋁錠在坩堝內(nèi)熔化成鋁液，溫度達(dá)到1000-1350 'C時，將一定質(zhì)量百分比的純鈦粉、碳化硼粉和純鋁粉的混合物加入到鋁液 中，反應(yīng)3-15分鐘后，進(jìn)行精煉、除氣，然后將合金液澆注到鑄模中，即得 Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑。本發(fā)明所述的一定質(zhì)量百分比的純鈦粉、碳化硼粉和純鋁粉的混合物，預(yù) 先用球磨機(jī)在氬氣保護(hù)條件下球磨0. 5-3小時，使三種粉末混合均勻。 本發(fā)明所述的純鈦粉與碳化硼粉的質(zhì)量比例大于等于18: 7。 本發(fā)明所述的純鋁粉占純鈦粉、碳化硼粉和純鋁粉總質(zhì)量的0-50%。 本發(fā)明所述的純鈦粉粒度小于200微米、碳化硼粉的粒度小于10微米。 本發(fā)明的有益效果是通過本發(fā)明的制備方法所得Al-Ti-B-C中間合金細(xì) 化劑，含有大量在基體中均勻分布的TiC、 TiB2顆粒，其尺寸在0.1-2um之 間，此外還有TiB2-xCx(0〈x〈2)顆?；蜷L條狀的TiAl3化合物。將所得Al-Ti-B-C 中間合金加入到純鋁或鋁合金中后，TiAl3化合物溶解釋放出鈦元素，并與 TiC、 TiB2、 TiB2-xCx (0〈x<2)粒子聯(lián)合作用使鋁晶粒得到細(xì)化。實(shí)驗(yàn)證明， 此中間合金細(xì)化劑用于鋁及其合金的細(xì)化，在長達(dá)一小時的保溫時間內(nèi)不會 發(fā)生細(xì)化效果衰退。將此中間合金細(xì)化劑加入到鋅鋁合金中也能起到很好的 晶粒細(xì)化效果。本發(fā)明采用鈦粉和碳化硼混合粉末為原料在鋁熔體中短時間反應(yīng)得到 Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑，用普通的熔煉工藝就可實(shí)現(xiàn)，不需要真空反應(yīng) 裝置或鋁合金熔煉劑，產(chǎn)品潔凈無其它有害夾雜物，生產(chǎn)效率高，是一種環(huán)境友好的生產(chǎn)方法，適合于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
下面給出本發(fā)明的兩個最佳實(shí)施例 實(shí)施例一按下列質(zhì)量比例稱取原料89%純鋁；5%的純鈦粉；1%碳化硼粉；5% 純鋁粉。首先將純鈦粉、碳化硼粉和純鋁粉用球磨機(jī)在氬氣保護(hù)條件下球磨 半小時，取出備用。將工業(yè)純鋁用中頻感應(yīng)電爐熔化至1070-1250°C，將上 述粉末加入，反應(yīng)5-10分鐘后進(jìn)行精煉、除氣，將鋁合金液澆入鑄模中，凝 固后即得Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為Ti: 5%、 B: 0.78%、C: 0.22%，其余為A1及微量雜質(zhì)。用KBI環(huán)模法檢驗(yàn)該中間合金細(xì)化劑對純度為99.7%的工業(yè)純鋁的細(xì)化效 果，細(xì)化前的純鋁晶粒尺寸為3000微米，在72(TC以0.2wty。的加入量細(xì)化 后純鋁晶粒尺寸達(dá)到200微米以下，且在長達(dá)60分鐘的時間內(nèi)細(xì)化效果沒有 衰退。將此中間合金細(xì)化劑1克加入到199克Zn-25wt.%Al合金液中用中頻 感應(yīng)電爐加熱10分鐘，使中間合金在鋅鋁合金液中熔化并分布均勻，然后將 合金液在57(TC澆注入鐵模中，可使其a -A1相由包含發(fā)達(dá)的二次(甚至三次) 枝晶、總長度可達(dá)200微米以上的發(fā)達(dá)樹枝晶細(xì)化為直徑60微米以下、沒有 二次枝晶的花瓣?duì)罹Я；虻容S晶粒。 實(shí)施例二按下列質(zhì)量比例稱取原料86%工業(yè)純鋁；12%的純鈦粉；2%碳化硼粉。 首先將純鈦粉和碳化硼粉用球磨機(jī)在氬氣保護(hù)條件下球磨半小時，取出奮用。 將工業(yè)純鋁用中頻感應(yīng)電爐熔化至1100-125(TC，將上述粉末全部加入，反應(yīng)煉、除氣，將鋁合金液澆入鑄模中冷卻后即得Al-Ti-B-C 中間合金細(xì)化劑，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為Ti: 12%、 B: 1.57°/。、 C: 0.43%，其余為A1及微量雜質(zhì)。 用KBI環(huán)模法檢驗(yàn)該中間合金細(xì)化劑對純度為99.7%的工業(yè)純鋁的細(xì)化 效果，細(xì)化前的純鋁晶粒尺寸為3000微米，在72(TC以0.1wty。的加入量細(xì) 化后純鋁晶粒尺寸達(dá)到300微米以下，且在長達(dá)60分鐘的時間內(nèi)細(xì)化效果沒 有衰退。將此中間合金細(xì)化劑1克加入到199克Zn-50wt.%Al合金液中用中 頻感應(yīng)電爐加熱10分鐘，使中間合金在鋅鋁合金液中熔化并分布均勻，然后 將合金液在65(TC澆注入鐵模中，可使其a-Al相由包含發(fā)達(dá)的二次(甚至三 次)枝晶、總長度可達(dá)600微米以上的發(fā)達(dá)樹枝晶細(xì)化為直徑80微米以下、 沒有二次枝晶的花瓣?duì)罹Я！?br> 權(quán)利要求
1、一種Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑的制備方法，其特征是包括以下步驟(1)按下列質(zhì)量比例準(zhǔn)備原料純鋁錠66-98％、純鈦粉1-20％、碳化硼(B4C)粉0.1-7％、純鋁粉0-15％；(2)用中頻感應(yīng)電爐將純鋁錠在坩堝內(nèi)熔化成鋁液，溫度達(dá)到1000-1350℃時，將一定質(zhì)量百分比的純鈦粉、碳化硼粉和純鋁粉的混合物加入到鋁液中，反應(yīng)3-15分鐘后，進(jìn)行精煉、除氣，然后將合金液澆注到鑄模中，即得Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑。
2、 如權(quán)利要求書1所述的一種Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑的制備方法， 其特征是所述的一定質(zhì)量百分比的純鈦粉、碳化硼粉和純鋁粉的混合物， 預(yù)先用球磨機(jī)在氬氣保護(hù)條件下球磨0. 5-3小時，使三種粉末混合均勻。
3、 如權(quán)利要求書1所述的一種Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑的制備方法， 其特征是所述的純鈦粉與碳化硼粉的質(zhì)量比例大于等于18: 7。
4、 如權(quán)利要求書1所述的一種Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑的制備方法， 其特征是所述的純鋁粉占純鈦粉、碳化硼粉和純鋁粉總質(zhì)量的0-50%。
5、 如權(quán)利要求書1所述的一種Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑的制備方法， 其特征是所述的純鈦粉的粒度小于200微米。
6、 如權(quán)利要求書1所述的一種Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑的制備方法， 其特征是所述的碳化硼粉的粒度小于10微米。
全文摘要
本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑的制備方法，技術(shù)方案包括以下步驟(1)按下列質(zhì)量比例準(zhǔn)備原料純鋁錠，66-98％；純鈦粉，1-20％；碳化硼(B₄C)粉，0.1-7％；純鋁粉，0-15％；(2)用中頻感應(yīng)電爐將純鋁錠在坩堝內(nèi)熔化成鋁液，溫度達(dá)到1000-1350℃時，將一定質(zhì)量百分比的純鈦粉、碳化硼粉和純鋁粉的混合物加入到鋁液中，反應(yīng)3-15分鐘后，進(jìn)行精煉、除氣，然后將合金液澆注到鑄模中，即得Al-Ti-B-C中間合金細(xì)化劑。本發(fā)明的有益效果是此中間合金細(xì)化劑用于鋁、鋁合金及鋅鋁合金的細(xì)化，在長達(dá)一小時的保溫時間內(nèi)不會發(fā)生細(xì)化效果衰退，適合于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。
文檔編號C22C1/03GK101591740SQ20091001656
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者姜召華, 楊中喜, 王振卿, 耿浩然, 陳亞明 申請人:濟(jì)南大學(xué)