CN106676337A - 一种铝‑钽‑硼中间合金及其制备方法 - Google Patents

一种铝‑钽‑硼中间合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属金属材料领域，涉及一种用于细化铝及铝合金的铝‑铌‑硼中间合金及其制备方法。本发明铝‑铌‑硼中间合金，包含铝、钽、硼三种主要元素，各组分的质量百分比分别是：铝85.00%‑95.00%，钽1.00%‑10.00%，硼1.00%‑5.00%。铝‑钽‑硼中间合金的制备方法是：首先将纯铝置于电阻炉中熔化并升温至800‑1100℃，在熔化后的铝熔体中依次加入一定质量的金属钽或铝‑钽中间合金、三氟硼酸钾(助溶剂)，充分搅拌并置于电阻炉中保温，保温达到一定时间后浇注成锭或制成线材。该中间合金的制备工艺简单，成本低，适宜工业化生产；所制备的铝‑铌‑硼中间合金对铝及铝合金具有优良的晶粒细化效果。

Description

一种铝-钽-硼中间合金及其制备方法
技术领域
本发明属金属材料领域，特别涉及一种用于细化铝及铝合金晶粒的铝-钽-硼中间合金及其制备方法。
背景技术
铝合金因重量轻，资源丰富，综合性能好，所以在机械、交通运输、航天与军事工业等高新技术领域中的应用逐年增加。生产高质量的铝合金，控制铸锭组织是十分重要的。对其组织和性能要求的提高也越来越迫切。要想使铝合金获得优异的性能，需要对铝合金熔体进行细化处理，适当的细化处理可以改善铝合金的组织并极大提高其力学性能。目前，在国内外工业生产中主要是通过添加细化剂的方法进行晶粒的细化，常用的细化剂为Al-Ti-B等中间合金。Al-Ti-B中间合金在铸造铝合金的生产中应用一直占主导地位，也是公认的一种有效的细化剂，但是由于该中间合金中的Ti元素会与含Si量高于3%的Al-Si系铸造合金中的Si反应生成TiSi相和 TiSi2相，影响了Ti元素含量，消弱了该中间合金中TiB2粒子的形成，弱化了其细化效果，产生所谓的毒化作用，所以这也就限制了该中间合金的应用领域。为此，经过大量的实验，发明了一种新型的中间合金，作为铝合金组织细化的形核剂使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效细化铝及其合金的铝-钽-硼中间合金，同时提供一种工艺简单、成本低、适合工业生产的制备工艺及方法。
本发明是通过以下方式实现的：
一种铝-钽-硼中间合金，包含铝、钽、硼三种主要元素，各组分的质量百分比分别是：铝85.00%-95.00%，钽1.00%-10.00%，硼1.00%-5.00%；铝锭纯度≥99.9%，该中间合金中弥散分布着微米级的TaB2粒子，且数量多，钽元素可以是以铝-钽中间合金或纯金属钽加入，硼元素是以三氟硼酸钾的形式加入。
上述铝-钽-硼中间合金的制备方法，其特征包含以下步骤：
铝-钽-硼中间合金的制备方法是：首先将纯铝置于电阻炉中熔化并升温至800-1100℃，在熔化的铝熔体中依次加入一定质量的金属铌或铝-钽中间合金、三氟硼酸钾，用石墨棒充分搅拌，然后置于电阻炉中保温，每隔10min-15min用石墨棒搅拌一次；待混合熔体保温达到预定时间，将混合熔体静置5min，压入六氯乙烷精炼并扒渣，最后将混合熔体浇注成锭或连铸制成线材。该中间合金的制备工艺简单，成本低，适宜工业化生产；所制备的铝-铌-硼中间合金对铝及铝合金具有优良的晶粒细化效果。
上述所述的六氯乙烷在烘干箱中将水分烘干；将模具和扒渣所用工具涂刷一层涂料，防止杂质元素Fe的污染。在整个制备过程中选用石墨坩埚进行熔炼，选用石墨棒搅拌，目的是防止Si的污染。
附图说明：
图1是Al-5Ta-B中间合金金相组织；
图2 是Al-3Ta-B中间合金金相组织。
具体实施方式
下面给出本发明的两个最佳实施例。
实施例1
按照如上所述的制备工艺和方法制备Al-5Ta-B中间合金的过程如下：
（1）原料准备：铝锭、金属钽、三氟硼酸钾、六氯乙烷等，其中铝锭纯度≥99.9%。
（2）制备1kg的中间合金，按照质量分数比Ta/B=5称量所需的原料，铝的烧损率为2-3%。
（3）六氯乙烷置于烘干箱中，在100℃加热1h，以除去水分。
（4）将所需的模具、扒渣工具涂刷一层涂料，防止Fe等杂质元素的污染，在制备过程中使用石墨坩埚进行熔炼，选用石墨棒进行搅拌，防止Si的污染。
（5）利用井式电阻炉将铝锭熔化并加热至850 ℃，待铝锭完全熔化后，先将已称量的金属钽用铝箔纸包好，并放入于铝熔体中不断用石墨棒搅拌后静置5min；然后加入已称量的三氟硼酸钾，用石墨棒搅拌后置于电阻炉中保温，温度设定为800℃，每隔15min搅拌一次，以保证反应完全进行；混合熔体在电阻炉中保温1h，加入占总质量2-3%wt的六氯乙烷进行精炼除气处理，静置5min后用扒渣工具拔除熔渣，最后将熔体浇注成锭。图1所示的是Al-5-B中间合金的金相组织，图中所示的TaB2粒子的形貌。
实施例2
按照如上所述的制备工艺和方法制备Al-3Ta-B中间合金的过程如下：
（1）原料准备：铝锭、金属钽、三氟硼酸钾、六氯乙烷等，其中铝锭纯度≥99.9%。
（2）制备1kg的中间合金，按照质量分数比Ta/B=3称量所需的原料，铝的烧损率为2-3%。
（3）六氯乙烷置于烘干箱中，在100℃加热1h，以除去水分。
（4）将所需的模具、扒渣工具涂刷一层涂料，防止Fe等杂质元素的污染，在制备过程中使用石墨坩埚进行熔炼，选用石墨棒进行搅拌，防止Si的污染。
（5）利用井式电阻炉将铝锭熔化，待铝锭完全熔化后并加升温至950 ℃，，先将已称重的金属铌用铝箔纸包好，并放入于铝熔体中不断用石墨棒搅拌后静置5min；然后加入已称重的三氟硼酸钾，用石墨棒搅拌后置于电阻炉中保温，温度设定为850℃，每隔15min搅拌一次，以保证反应完全进行；混合熔体在电阻炉中保温30min，加入占总质量2-3%wt的六氯乙烷进行精炼除气处理，静置5min后用扒渣工具拔除熔渣，最后将熔体浇注成锭。图2 所示的是Al-3Ta-B中间合金的金相组织，图中所示的TaB2粒子的形貌。

Claims (1)

1.一种铝-钽-硼中间合金的制备方法，铝-钽-硼中间合金包含铝、钽、硼三种主要元素，各组分的质量百分比分别是：铝85.00%-95.00%，钽1.00%-10.00%，硼1.00%-5.00%；其特征是制备方法，包括以下步骤：
（1）按照以下质量百分比准备好所需原料：1.00%-10.00%钽，1.00%-5.00%硼，余量为纯铝；钽元素可以是以铝-钽中间合金形式加入也可以是纯金属钽加入，其中铝-铌-硼中间合金中硼元素是以三氟硼酸钾加入的；
（2）将纯铝置于电阻炉中熔化并升温至800-1100℃，分别加入金属钽或铝-钽中间合金、三氟硼酸钾，每隔一定时间搅拌一次，并置于电阻炉在800-900℃保温，保温达到一定时间后浇注成锭或制成线材。
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