CN102066593A - 铝基晶粒细化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含有锌、钛以及碳的铝基晶粒细化剂，其通过熔化铝以及随后添加钛、锌以及碳而合成。该母合金的微结构由α铝基体、TiAl3的金属间相以及钛-锌-碳三元化合物的细颗粒构成。钛含量最小为1％，最大为20％，碳含量最小为0.01％(100ppm)，最大为3％，锌含量等于或大于1％。
Description
发明目的
本发明涉及铝基晶粒细化剂或精炼剂(refiner agent)。
更具体地，本发明的目的集中于含有钛、锌、钛以及碳的新型铝合金(也称为“母合金”)，该新型铝合金通过熔化铝及随后添加钛、锌以及碳而获得或合成。在获得所需组合物并对其进行均质化之后，通过将熔化的合金铸成所需形状而进行成型。所述母合金的微结构由α铝基体、TiAl3的金属间相以及钛-锌-碳三元化合物的细颗粒(在nm和几个μm之间的范围内的颗粒尺寸)构成。该四元母合金的实际应用是对铝晶粒及其合金进行细化。
应用领域
本发明的应用领域可见于铝冶金工业，特别用于细化铝晶粒及其合金。
背景技术
已知，铝晶粒细化及其合金细化是广泛使用的工业实践。标准商业晶粒的细化剂是Al-Ti-B的母合金，其含有TiB2颗粒并可以以不同Ti和B含量商购获得。最常用的母合金是棒形式的Al-5％Ti-1％B(除非另有指明，以重量表示百分组成)。
已知Al-Ti-B母合金可有效用于一般用途，但由于存在TiB2的大颗粒和附聚作用，它们在某些特定用途中导致下述缺陷：
铝箔中的孔；
在金属板和需要良好表面抛光的相似产品中的条纹和表面缺陷；
铸块中的收缩裂缝和裂化，特别是在诸如7010/7050之类用于航空工业的某些高电阻合金中。
另外，必须添加较大量的Al-Ti-B用于高温细化含有Cr和Zr的合金晶粒，Cr和Zr被认为是Al-Ti-B传统晶粒细化的毒物。
鉴于在特定应用的广泛领域中存在上述问题，主要发明人AbinashBanerji博士开发了含有TiC颗粒的无硼三元晶粒Al-Ti-C细化剂，所述TiC颗粒形成铝晶粒的核心(Abinash Banerji博士，Doctoral Thesis at theTechnical University of Berlin(柏林科技大学博士学位论文)，1987)。
该三元晶粒细化剂的生产程序后来在1985年被授予专利权(美国专利第4748001号和第4842821号，欧洲专利第0214220号(英国)、第0214220号(法国)、第0214220号以及第P3679263.2号(德国)、第0214220号(荷兰)，澳大利亚专利第595187号、加拿大专利第1289748号、日本专利第2121452号，挪威专利第167589号)。
对于最近十多年和迄今为止，世界上许多制造商已经商业生产了Al-Ti-C晶粒细化剂，但是Al-Ti-C母合金可以以不同含量Ti和C获得。然而，最常用的母合金具有Al-3％Ti-0.2％C的近似组成。
尽管是近十多年的工业实践，但是，迄今为止可获得的Al-Ti-C晶粒细化剂尚不能有效解决与传统Al-Ti-B晶粒细化剂相关的问题，这是因为需要添加较大量来获得与用商业Al-Ti-B晶粒细化剂所获得的晶粒尺寸相似的晶粒尺寸水平。
综上所述，本发明的目的集中于开发另一种细化剂，所述细化剂超过迄今为止可商购获得的Al-Ti-C晶粒细化剂的性能，并高效解决与传统Al-Ti-B晶粒细化剂相关的公知问题，必须指出的是申请人并不知道已经生产的含有锌、钛以及碳的表现有细化晶粒性能的任何合金或任何铝基母合金(例如本发明要求保护的合金或铝基母合金)。
具体实施方式
具体地，作为本发明主题的晶粒细化剂如下生产：
在熔炉中，在常规铝熔化温度(约700-1000℃)下熔化可商购获得的纯铝(通常99.7％的铝)，以海绵钛或废钛(例如，小片)的形式添加所需量的钛。钛的另一来源可为含有钛的盐，例如，K2TiF6。在该最后一种情况中，一开始可以通过将所需量的盐添加至熔化的铝而生产Al-Ti的二元混合物，并且在二元Al-Ti混合物制备好并从熔化的表面去除熔渣之后，可开始接下来的步骤。可选地，还可直接熔化Al-Ti的母合金。
接下来，将纯锌或含有锌的合金(例如，Zn-Al合金)添加至熔化块，然后添加碳粉，所述碳粉可为石墨或无定形碳。
通常的工艺是添加钛之后添加锌和碳，但是元素的添加顺序并非限制本发明。添加可以是三种元素一起或者是一种接一种进行。
在所有元素添加之后对于熔炉中合金所需的保持时间通常在30和60分钟之间，以便三种元素完全反应产生钛、锌以及碳的三元碳化合物颗粒。保持时间将取决于外罩的构成、其体积、熔化温度以及熔炉的类型。在通过感应熔化的情况中，搅拌作用可减少保持时间。
使用常用程序以“华夫(waffle)”、块或条形式铸造所获得的母合金，随后可以以棒或线的形式加工。根据现有技术状态，可将连续铸造设备直接与卷轧装置一起使用以直接加工条或线卷形式的母合金。可选地，可使用其他铸造程序并进行定形以获得所需形状和尺寸的晶粒细化剂。
所述母合金适用于铝及其合金的晶粒细化。根据晶粒细化技术可以以铸块、条或棒的形式使用它。
强调下述内容是重要的：通过所需程序获得的母合金的微结构包含下列三种相：
由α-Al构成的基体相；
TiAl3铝化物的原始金属间相；
钛-锌-碳化物的三元相。
另外，在所述微结构中可见一些痕量的游离碳。
总之，在标准合金中，钛含量为至少1％和至多20％，碳含量为至少0.01％(100ppm)和至多3％，锌含量为至少1％。
在制备作为本发明主题的晶粒细化剂的实施例中，在图1和图2中，标准微结构表现为以棒形式获得的Al-6％Zn-3.5％Ti-0.4％C合金。
还使用所述新型细化剂进行了细化TP1晶粒的试验，并将结果与使用可商购获得的Al-Ti-B和Al-Ti-C的晶粒细化剂获得的那些结果进行比较。图3、4、5以及6显示了所进行的TP1试验的典型宏观图。
可观察到，在使用新型Al-6％Zn-3.5％Ti-0.4％C细化剂对于商业99.7％纯度的铝进行的传统2分钟短试验中，获得了110μm的晶粒尺寸，比使用Al-5％Ti-1％B(115μm)所获得的要稍细，比使用Al-3.5％Ti-0.2％C(170μm)所获得的要细得多。
附图说明
为了更好地解释本发明，该说明性报告附带了一些照片，根据权利要求的原则，所述照片中描述了但不限于具有Al-6％Zn-3.5％Ti-0.4％C组成的晶粒细化剂(例如作为本发明主题的晶粒细化剂)的典型微结构及所获得的结果。
在这些照片中：
图1显示了以棒形式获得的Al-6％Zn-3.5％Ti-0.4％C晶粒细化剂的典型微结构。
图2显示了在较小放大倍数下以棒形式获得的Al-6％Zn-3.5％Ti-0.4％C晶粒细化剂的相同典型微结构。
图3显示了不添加所述细化剂的Al 99.7％的典型宏观图。
图4显示了使用2Kg/MT棒形式的Al-5％Ti-1％B细化的Al 99.7％的典型宏观图。
图5显示了使用2Kg/MT棒形式的Al-3.5％Ti-0.2％C细化的Al 99.7％的典型宏观图。
图6显示了使用2Kg/MT棒形式的Al-6％Zn-3.5％Ti-0.4％C细化的Al99.7％的典型宏观图。
Claims (10)
1.用于细化铝晶粒及其合金的类型的铝基晶粒细化剂，也称为母合金，其特征在于，其含有锌、钛以及碳；其通过熔化铝和随后添加钛、锌以及碳而产生或合成；所述母合金的微结构包括α铝基体、TiAl3的金属间相以及钛-锌-碳化物三元化合物细颗粒(在nm和几个μm之间的范围内的颗粒尺寸)。
2.根据权利要求1所述的铝基晶粒细化剂，其特征在于，钛含量为至少1％和至多20％，碳含量为至少0.05％(100ppm)和至多3％，锌含量为至少1％。
3.根据权利要求2所述的铝基晶粒细化剂，其特征在于，钛含量为1％。
4.根据权利要求2所述的铝基晶粒细化剂，其特征在于，钛含量大于1％但小于20％。
5.根据权利要求2所述的铝基晶粒细化剂，其特征在于，钛含量为20％。
6.根据权利要求2所述的铝基晶粒细化剂，其特征在于，碳含量为100ppm。
7.根据权利要求2所述的铝基晶粒细化剂，其特征在于，碳含量大于100ppm但小于3％。
8.根据权利要求2所述的铝基晶粒细化剂，其特征在于，碳含量为3％。
9.根据权利要求2所述的铝基晶粒细化剂，其特征在于，锌含量为1％。
10.根据权利要求2所述的铝基晶粒细化剂，其特征在于，锌含量大于1％。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20130807 Termination date: 20170610 |