CN102212724A - 一种Al-Zr-B中间合金及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种Al-Zr-B中间合金，用于铝或铝合金的晶粒细化剂，所述中间合金由如下质量百分比的组分组成：Zr1.0-10.0，B0.5-3.0，余量为Al；该中间合金的制备方法包括按比例称取K2ZrF6或Zr剂、KBF4、纯铝锭；将K2ZrF6或Zr剂、KBF4置于烘箱中1-2h，充分烘干待用；加热熔化纯铝锭，过热至780-850℃，加入K2ZrF6与KBF4或Zr剂与KBF4混合物，用石墨棒搅拌至其反应结束；静置保温15-20min后，精炼、扒渣，浇注成锭。本发明生成的颗粒尺寸细小、分布均匀，颗粒与基体界面结合良好，且反应物来源丰富，价格低廉，易于实现规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金熔铸技术领域，具体涉及一种Al-Zr-B中间合金及其制备方法和应用。
背景技术
晶粒细化是提高铝或铝合金性能的重要手段之一，也是改善铝材质量的重要途径。随着铝材的广泛使用，特别是在高新技术领域的应用，对铝材铸锭、坯的铸态组织提出了更高的要求；晶粒尺寸和形态是铸态组织的最重要的特征，也是材料性能以及后续深加工中的组织的重要影响因素之一；铝合金晶粒细化的手段很多，包括液态时加入各种中间合金细化剂、控制冷速以及最近几年发展起来的施加外场的方法（如电磁场、超声等），在工业生产条件下，只有添加细化剂的细化处理是最简便而又最有效的方法，也是铝熔体处理技术的重要组成部分，这是因为控制冷速或施加外场等均需要特殊的设备和工艺，在实际工业生产中较难实现；并且还受生产条件、合金本性等的限制，其作用是有限度的，不易控制。
目前，在铝合金生产中应用最为广泛的晶粒细化剂为Al-Ti-B细化剂；虽然Al-Ti-B细化剂具有较优异的细化晶粒能力，但其抗衰减性能仍不能令人满意，因为TiB2相仍易聚集沉淀，且TiB2易受Zr、Cr等原子毒化而失去细化晶粒作用等，随后发展起来的Al-Ti-C中间合金，虽然克服了Zr、Cr等原子的毒化作用，但其细化能力还低于Al-Ti-B中间合金，且表现出明显的衰减性，而且其制备成本高，极大限制了其应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种Al-Zr-B中间合金，可用作铝或铝合金的晶粒细化剂，为铝或铝合金晶粒细化提供新的选择。
本发明的技术方案是：
一种Al-Zr-B中间合金，由如下质量百分比的组分组成：Zr 1.0-10.0，B 0.5-3.0，余量为Al。
所述的Al-Zr-B中间合金，Zr/B质量比可在1：1～10:1之间适当调整。
所述Al-Zr-B中间合金的制备方法，其包括如下步骤：（1）按比例称取K2ZrF6或Zr剂、KBF4、纯铝锭；（2）将K2ZrF6或Zr剂、KBF4置于烘箱中去除水分；（3）加热熔化纯铝锭，过热至780-850℃，加入K2ZrF6与KBF4或Zr剂与KBF4混合物，用石墨棒搅拌至其反应结束；（4）静置保温15-20min后，精炼、扒渣，浇注成锭，即得到所述Al-Zr-B中间合金。
所述Zr剂中Zr的质量百分含量为30%，其余为助熔盐，可从市场购得；也可用纯锆粉替代，但成本较高。
本发明采用的反应物粉剂，均为工业纯级别，来源丰富，价格低廉，且制备工艺简单易操作，容易实现工业规模生产。
与传统Al-Ti-B相比，本发明具有如下潜在优势：
（1）细化相与Al基体晶格常数更为接近；
Al-Ti-B中间合金中Al3Ti与α-Al存在如下位向关系
(001)Al //(001)Al3Ti，[001]Al //[100] Al3Ti
Al3Ti 与α-Al 的点阵常数错配度为5.2 %
Al-Zr-B中间合金中Al3Zr与α-Al存在如下位向关系
(001)Al //(001)Al3Zr，[001]Al //[100]Al3Zr
Al3Zr 与α-Al 的点阵常数错配度为0.9%
错配度越小，越容易成为α-Al形核的核心，因此这是本发明的一大潜在优势；
（2）细化相团聚倾向相对较小，在铝基体中分布均匀；
（3）细化相主要以亚微米颗粒尺寸存在，最大尺寸不超过5μm，有效延缓衰退；
（4）可用Zr剂替代传统的K2ZrF6以减少氟化物对设备的腐蚀。
附图说明
图1是实施例1得到(a)未加细化剂（b）加本发明细化剂的金相图；
图2是实施例2得到(a)未加细化剂（b）加本发明细化剂的金相图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1：
制备10Kg中间合金晶粒细化剂，其组分质量百分比为：Zr 3.0%，B 1.0%，Al 96%，制备过程如下：
（1） 配料：K2ZrF6 0.933Kg，KBF4 1.145Kg，Al 9.6Kg；
（2） 将K2ZrF6、KBF4混合均匀后，置于烘箱1-2h，充分去除水分；
（3） 加热熔化纯铝锭，过热至780-850℃，加入K2ZrF6与KBF4混合物，用石墨棒搅拌至其反应结束；
（4） 静置保温15-20min后，精炼、扒渣，浇注成锭，即得到所需Al-Zr-B中间合金晶粒细化剂。
将上述得到的中间合金晶粒细化剂加入到6070合金中，加入量为0.2%（质量百分比），在720-750℃静置15min后浇注入Φ50mm的石墨模具中，其金相如图1所示。
实施例2：
制备10Kg中间合金晶粒细化剂，其组分质量百分比为：Zr 6.0%，B 1.0%，Al 93%，制备过程如下：
（1） 配料：Zr剂 2Kg，KBF4 1.145Kg，Al 9.3Kg；
（2） 将Zr剂、KBF4混合均匀后，置于烘箱1-2h，充分去除水分；
（3） 加热熔化纯铝锭，过热至780-850℃，加入Zr剂与KBF4混合物，用石墨
棒搅拌至其反应结束；
（4） 静置保温15-20min后，精炼、扒渣，浇注成锭，即得到所需Al-Zr-B中
间合金晶粒细化剂。
将上述得到的中间合金晶粒细化剂加入到A356合金中，加入量为0.2%（质量百分比），在720-750℃静置15min后浇注入Φ50mm的石墨模具中，其金相如图2所示。
Claims (5)
1.一种Al-Zr-B中间合金，其特征在于：由如下质量百分比的组分组成：Zr 1.0-10.0，B 0.5-3.0，余量为Al。
2.如权利要求1所述的一种Al-Zr-B中间合金，其特征在于：Zr/B质量比为1：1～10:1之间。
3.如权利要求1所述的一种Al-Zr-B中间合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）按比例称取K2ZrF6或Zr剂、KBF4、纯铝锭；
（2）将K2ZrF6或Zr剂、KBF4置于烘箱中去除水分；
（3）加热熔化纯铝锭，过热至780-850℃，加入K2ZrF6与KBF4或Zr剂与KBF4混合物，用石墨棒搅拌至其反应结束；
（4）静置保温15-20min后，精炼、扒渣，浇注成锭，即得到Al-Zr-B中间合金。
4.如权利要求3所述的一种Al-Zr-B中间合金的制备方法，其特征在于：步骤（1）中选用Zr剂，所述Zr剂中Zr的质量百分含量为30%，其余为助熔盐。
5.如权利要求1所述的一种Al-Zr-B中间合金用作铝或铝合金的晶粒细化剂。
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