CN102703738A

CN102703738A - Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法

Info

Publication number: CN102703738A
Application number: CN2012101571701A
Authority: CN
Inventors: 韩延峰; 张森; 王俊; 孙宝德
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开一种Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法，步骤为：按生成重量百分比为：1.00-12.00％Ti，1.00-4.00％B，0.25-1.00%C，余量为Al，将海绵钛和碳化硼粉均匀混合；升温熔化工业纯铝；将海绵钛和碳化硼混合粉末压入铝熔体中；在铝熔体上部引入持续超声波处理；使熔体自然冷却，得到Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂。本发明可以避免传统制备反应中有毒氟化物气体的排放，降低反应温度，减少铝熔体的氧化烧损，加速碳化硼与溶质钛间的反应，大大缩短反应制备时间，改善晶粒细化剂中间相分布状态，减少细化响应时间，本发明所制备材料的工业纯铝铸态晶粒尺寸可小于150μm。

Description

Al-Ti-B-C四元晶粒细化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属材料领域的晶粒细化剂的制备方法，具体是一种Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法。

背景技术

Al－Ti－B和Al－Ti－C中间合金是优良的铝合金用晶粒细化剂，尤其是Al－Ti－B中间合金已经广泛应用于实际工业生产中。其产生晶粒细化的主要原因为细化剂中存在优异形核基底TiB₂或TiC，且富余的溶质Ti对Al的晶粒长大具有显著的抑制作用。但是，Al-Ti-B中间合金中的TiB₂颗粒容易团聚，从而导致一些质量问题，例如：铝箔材的针孔缺陷和阳极氧化薄板的条状缺陷等；此外，Zr、Cr、Si等元素亦会导致TiB₂表面“中毒”，使细化性能迅速衰退。Al-Ti-C中间合金中的TiC粒子不易聚集，一度被认为是Al-Ti-B中间合金的理想代替者，但TiC粒子不稳定，细化过程中的长期保温处理会使TiC与Al发生反应生成Al₄C₃，从而产生“自身中毒”。

因此，能够克服Al－Ti－B和Al－Ti－C中间合金缺点、又兼具两者优点的Al－Ti－B－C四元中间合金的研发引起了研究人员的广泛关注。申请号90105092.X的中国专利报道了一种Al－Ti－C－B四元晶粒细化剂及其制备方法，即向1100-1200℃的铝钛熔体中添加氟硼酸钾和碳（形式为：石墨粉或炭黑）从而制备含TiAl₃、TiB₂、TiC的晶粒细化剂。但是如此高的反应温度，势必会引起氟硼酸钾的严重分解挥发、以及铝熔体的氧化烧损和夹杂；而且碳和铝间的润湿性极差，其吸收率难以控制。申请号200810139856.1的中国专利报道了一种Al－Ti－C－B－N中间合金及其制备方法，其制备工艺为先将纯钛在真空烧结炉中700-900℃下，渗氮处理，然后让纯铝、Al－B、Al－C中间合金和渗氮处理的Ti在1000-1300℃反应2-30分钟，制备锭状后线状Al-Ti-C-B-N中间合金。然而该制备方法中用到了真空烧结炉，整个制备过程持续时间很长，工艺较为复杂，且Al-B、Al-C中间合金原料价格高，从而降低了生产效率，提高了生产成本。

发明内容

本发明的目的是克服Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂现有上述制备技术的不足和缺陷，以碳化硼、海绵钛代替有毒氟化物作为反应原料，避免传统工艺中有害废渣的污染和处理问题，并借助高能超声振动技术，增加铝熔体与碳化硼间的润湿性、降低反应温度、缩短细化剂制备时间、改善形核基底粒子分布状态，从而提供一种工艺简单、生产成本低、无污染的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法，步骤如下：

（1）按照生成重量百分比为：1.00-12.00％Ti，1.00-4.00％B，0.25-1.00%C，其余Al的量，称取海绵钛、碳化硼粉及工业纯铝，并将海绵钛和碳化硼粉均匀混合；

所述海绵钛粒度为0.8-2.0毫米。

所述碳化硼粉粒度为0.1-10.0微米。

（2）升温熔化所称取的工业纯铝；

所述升温熔化所称取的工业纯铝，是指：升温至800℃-900℃将所称取的工业纯铝在电阻炉中熔化。

（3）利用石墨钟罩将（1）中配制好的海绵钛和碳化硼混合粉末压入铝熔体中；

（4）在加入海绵钛和碳化硼混合粉末的铝熔体上部引入超声波处理；

所述超声波频率为20±1kHz、功率为500-5000W。

所述持续超声波处理时间为1-15分钟。

（5）使熔体自然冷却，得到Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂。

所述使熔体自然冷却，在冷却至700-780℃时，浇铸成锭状Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂。

与现有技术相比，本发明的创新之处为以海绵钛、碳化硼粉及纯铝为原料，在晶粒细化剂制备反应中施加超声处理。以海绵钛、碳化硼替代氟化物作为反应原料，可以避免制备反应中有毒氟化物气体的排放；高能超声波在熔体中传播时的声空化将产生高温高压区，改善碳化硼与铝熔体间的润湿性，降低反应温度，减少铝熔体的氧化烧损，加速碳化硼与溶质钛间的反应，大大缩短反应制备时间；高能超声的声流效应同时可以改善晶粒细化剂中的TiAl₃、TiB₂、TiC等中间相的分布状态，缩短细化剂加入铝熔体后的细化响应时间。经过本发明方法所制备Al－Ti－B－C中间合金细化的工业纯铝铸态晶粒尺寸可小于150μm。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1-5

（1）按生成重量百分比为：1.00-12.00％Ti，1.00-4.00％B，0.25-1.00%C，余量为Al，称取海绵钛、碳化硼粉及工业纯铝，将海绵钛和碳化硼粉均匀混合；

（2）升温至800℃-900℃将称取的工业纯铝在电阻炉中熔化；

（3）利用石墨钟罩将配制好的海绵钛和碳化硼混合粉末压入铝熔体中；

（4）从熔体上部引入频率为20±1kHz、功率为500-5000W的超声波，持续处理1-15分钟；

（5）使熔体自然冷却，冷却至700-780℃时，浇铸成锭状Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂。

细化：500克工业纯铝，加热熔化至720℃，按照0.2克/100克铝的量加入所制备的Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂，保温5分钟，浇入雷诺标准高尔夫T型模，测量距试样底面51mm处的晶粒尺寸。

具体实施例1-5的参数以及实施效果见下表：

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（2）升温熔化所称取的工业纯铝；

（4）在加入海绵钛和碳化硼混合粉末的铝熔体上部引入超声波；

（5）使熔体自然冷却，得到Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂。

2.根据权利要求1所述的Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，步骤（2）中，所述的升温熔化所称取的工业纯铝，是指：升温至800℃-900℃将所称取的工业纯铝在电阻炉中熔化。

3.根据权利要求1所述的Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，步骤（4）中，所述的超声波频率为20±1kHz，功率为500-5000W。

4.根据权利要求3所述的Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，步骤（4）中，所述超声波处理时间为1-15分钟。

5.根据权利要求3所述的Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，步骤（5）中，所述使熔体自然冷却，在冷却至700-780℃时，浇铸成锭状Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂。

6.根据权利要求1-5任一项所述的Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，所述海绵钛粒度为0.8-2.0毫米。

7.根据权利要求1-5任一项所述的Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，所述碳化硼粉粒度为0.1-10.0微米。