CN106480331B - 一种Al-Ti-C中间合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Al‑Ti‑C中间合金及其制备方法，属于铝基中间合金的制备技术领域。通过采用碳纳米管作为碳源与铝熔体反应，增加碳在Al熔体内的溶解度，提高熔体内TiC颗粒的形核速率及TiC颗粒在基体中的弥散度，以获取高质量Al‑Ti‑C中间合金。该工艺所制备的Al‑Ti‑C中间合金对工业纯铝具有优异的晶粒细化效果，工业应用前景良好。
Description
技术领域
本发明属于铝基中间合金的制备技术领域，具体地说是一种Al-Ti-C中间合金及其制备方法。
背景技术
A1-Ti-C中间合金是一种高效的铝及其合金的晶粒细化剂，对提高铝合金的质量和性能极为重要。随着工业技术的不断发展，对Al-Ti-C中间合金质量与变质性能的要求日益提高。但在Al-Ti-C中间合金制备过程中往往存在碳源与铝熔体润湿性差、TiC颗粒尺寸粗大且易发生团聚、合金含渣量较高、纯净度较低等问题，这限制了高品质Al-Ti-C中间合金的工业开发与应用。研制Al-Ti-C中间合金的生产技术，以提高Al-Ti-C中间合金的质量，满足铝合金生产行业对高质量Al-Ti-C中间合金的需求，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Al-Ti-C中间合金及其制备方法，采用碳纳米管作为碳源、氟钛酸钾作为钛源与铝熔体反应，增加碳在Al熔体内的溶解度，提高熔体内TiC颗粒的形核速率及TiC颗粒在基体中的弥散度，以获取高质量Al-Ti-C中间合金，满足工业生产需求。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，该方法是将碳源和钛源的混合物覆盖在铝熔体表面并进行化学反应，从而获得所述Al-Ti-C中间合金。
所述碳源为碳纳米管，所述碳源的加入量为铝熔体重量的0.3～1.2％。
所述钛源为氟钛酸钾，所述钛源的加入量为铝熔体重量的5～21％。
所述Al-Ti-C中间合金的制备过程具体如下：
首先将纯铝放入坩埚中，在中频感应炉内熔化；当熔体温度升至1150℃～1250℃时，在熔体表面覆盖碳源和钛源的混合物，并保温20～30min；最后，将熔体表面氟盐倒出，对合金熔体进行搅拌后，将其浇入金属模，形成Al-Ti-C中间合金。
采用本发明方法制备的Al-Ti-C中间合金按重量百分含量计，其化学成分为：Ti1.0～4.2％，C 0.3～1.2％，Al为余量。
所述中间合金中，TiC颗粒弥散分布于铝基体中，TiC颗粒尺寸为50nm-3μm，TiC颗粒形状为球形和/或近球形。
本发明的原理如下：
Al-Ti-C中间合金制备过程中往往存在碳源与铝熔体润湿性差、TiC颗粒尺寸粗大且易发生团聚等问题，这限制了高品质Al-Ti-C中间合金的工业开发与应用。本发明研究了碳纳米管对Al-Ti-C中间合金制备过程及组织的影响，发现碳纳米管能显著增加碳在Al熔体内的溶解度，提高熔体内TiC颗粒的形核速率及TiC颗粒在基体中的弥散度，以获取高质量Al-Ti-C中间合金，满足工业生产需求。据此，本发明通过采用碳纳米管作为碳源，制备高质量Al-Ti-C中间合金。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明通过将碳纳米管和氟钛酸钾的混合物与铝熔体反应，增加碳在Al熔体中的溶解度，提高熔体内TiC颗粒的形核速率及TiC颗粒在基体中的弥散度，以获取高质量Al-Ti-C中间合金。
2、本发明所制备的高质量Al-Ti-C中间合金中TiC颗粒弥散度高，尺寸适中，形状为球形或近球形，对铝及其合金的变质效果好，能够更好的满足铝合金生产行业对高质量Al-Ti-C中间合金的需求。
附图说明
图1为某商用Al-Ti-C中间合金组织形貌。
图2为实施例1中Al-1.0％Ti-0.3％C中间合金的组织形貌。
图3为实施例2中Al-1.4％Ti-0.4％C中间合金的组织形貌。
图4为实施例3中Al-4.2％Ti-1.2％C中间合金的组织形貌。
图5为添加不同Al-Ti-C中间合金后工业纯铝的凝固组织；其中：(a)为无Al-Ti-C中间合金添加时，工业纯铝在720摄氏度保温30min后的凝固组织；(b)为经用某商用Al-Ti-C中间合金细化处理后工业纯铝的晶粒组织；(c)为用实施例1所制备的Al-Ti-C合金细化处理后工业纯铝的晶粒组织；(d)为用实施例2所制备的Al-Ti-C合金细化处理后工业纯铝的晶粒组织；(e)为用实施例3所制备的Al-Ti-C合金细化处理后工业纯铝的晶粒组织。
具体实施方式
以下结合附图及实施例详述本发明。
本发明采用将碳纳米管和氟钛酸钾的混合物与铝熔体进行化学反应的方法获取Al-Ti-C中间合金。制备高质量Al-Ti-C中间合金的过程如下：
首先将纯铝放入坩埚中，在中频感应炉内熔化；当熔体温度升至1150℃～1250℃时，在熔体表面覆盖含碳纳米管和氟钛酸钾的混合物，并保温20～30min；最后，将熔体表面氟盐倒出，对合金熔体进行搅拌后，将其浇入金属模，形成Al-Ti-C中间合金锭。
所述的高质量Al-Ti-C中间合金的制备方法，按占铝熔体重量的百分数计算，所使用的碳纳米管和氟钛酸钾的混合物组成为：(0.3％～1.2％)碳纳米管和(5％～21％)氟钛酸钾；所述的高质量Al-Ti-C中间合金的制备方法，所制备的中间合金成分为：Al-(1.0～4.2)％Ti-(0.3～1.2)％C(质量分数)。
以下实施例中，采用Al-Ti-C合金对工业纯铝进行细化处理时，保温温度为720℃，保温时间为30min。
实施例1
本实施例Al-Ti-C中间合金制备过程如下：
将2公斤纯铝放入坩埚中，在中频感应炉内熔化；升温至1150～1250℃，将100克氟钛酸钾和6克碳纳米管混合均匀后覆盖于铝熔体表面，在1150～1250℃下保温20～30min，将表面氟盐倒出，对合金熔体进行搅拌后，将其浇入金属模，形成Al-1.0％Ti-0.3％C中间合金锭。
所制备的Al-Ti-C中间合金的成分为Al-1.0％Ti-0.3％C(质量分数)，其组织形貌如图2所示，从图中可以看出，TiC颗粒弥散地分布于Al-Ti-C中间合金中，TiC颗粒尺寸为50nm-2μm，TiC颗粒形状为球形和/或近球形。
图5(c)给出了该中间合金对工业纯铝的细化效果，与未添加中间合金(图5(a))及添加某商用Al-Ti-C中间合金(图5(b))后工业纯铝的组织比较可以发现，本发明所制备的Al-Ti-C中间合金对工业纯铝具有很好的细化效果。
实施例2
本实施例Al-Ti-C中间合金制备过程如下：
将2公斤纯铝放入坩埚中，在中频感应炉内熔化；升温至1150～1250℃，将140克氟钛酸钾和8克碳纳米管混合均匀后覆盖于铝熔体表面，在1150～1250℃下保温20～30min，将表面氟盐倒出，对合金熔体进行搅拌后，将其浇入金属模，形成Al-1.4％Ti-0.4％C中间合金锭。
所制备的Al-Ti-C中间合金的成分为Al-1.4％Ti-0.4％C(质量分数)，其组织形貌如图3所示，从图中可以看出，TiC颗粒弥散地分布于Al-Ti-C中间合金中，TiC颗粒尺寸为60nm-2.5μm，TiC颗粒形状为球形和/或近球形。
图5(d)给出了该中间合金对工业纯铝的细化效果，与未添加中间合金(图5(a))及添加某商用Al-Ti-C中间合金(图5(b))后工业纯铝的组织比较可以发现，本发明所制备的Al-Ti-C中间合金对工业纯铝具有很好的细化效果。
实施例3
本实施例Al-Ti-C中间合金制备过程如下：
将2公斤纯铝放入坩埚中，在中频感应炉内熔化；升温至1150～1250℃，将420克氟钛酸钾和24克碳纳米管混合均匀后覆盖于铝熔体表面，在1150～1250℃下保温20～30min，将表面氟盐倒出，对合金熔体进行搅拌后，将其浇入金属模，形成Al-4.2％Ti-1.2％C中间合金锭。
所制备的Al-Ti-C中间合金的成分为Al-4.2％Ti-1.2％C(质量分数)，其组织形貌如图4所示，从图中可以看出，TiC颗粒较为弥散地分布于Al-Ti-C中间合金中，TiC颗粒尺寸为60nm-3μm，TiC颗粒形状为球形和/或近球形。
图5(e)给出了该中间合金对工业纯铝的细化效果，与未添加中间合金(图5(a))及添加某商用Al-Ti-C中间合金(图5(b))后工业纯铝的组织比较可以发现，本发明所制备的Al-Ti-C中间合金对工业纯铝具有很好的细化效果。
Claims (3)
1.一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，其特征在于：该方法是以碳纳米管作为碳源、以氟钛酸钾作为钛源，将碳源和钛源的混合物覆盖在铝熔体表面并进行化学反应，从而获得所述Al-Ti-C中间合金；所述碳源的加入量为铝熔体重量的0.3～1.2％，所述钛源的加入量为铝熔体重量的5～21％；所述Al-Ti-C中间合金的具体制备过程为：首先将纯铝放入坩埚中，在中频感应炉内熔化；当铝熔体温度升至1150℃～1250℃时，在铝熔体表面覆盖碳源和钛源的混合物，并保温20～30min；最后，将熔体表面氟盐倒出，对合金熔体进行搅拌后，将其浇入金属模，形成Al-Ti-C中间合金。
2.利用权利要求1所述方法制备的Al-Ti-C中间合金，其特征在于：按重量百分含量计，所述中间合金的化学成分为：Ti 1.0～4.2％，C 0.3～1.2％，Al为余量。
3.利用权利要求2所述的Al-Ti-C中间合金，其特征在于：所述中间合金中，TiC颗粒弥散分布于铝基体中，TiC颗粒尺寸为50nm-3μm，TiC颗粒形状为球形和/或近球形。
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