CN108277373A - 一种Al-Ti-C-La合金及其制备方法 - Google Patents

一种Al-Ti-C-La合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Al‑Ti‑C‑La合金及其制备方法。本发明通过将La2O3粉以及主料混合后机械球磨1.5小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，主料包括按质量比为5：（1.5~2.5）：（0.8~1.2）的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述Y2O3粉的质量为主料的0.5~6%；在电阻炉中熔化亚共晶Al‑7Si得到熔体，过热至730℃，将预制块熔体中，预制块的质量为亚共晶Al‑7Si熔体的0.5~3.0%；搅拌并保温5~20min，用C2Cl6精炼除气后浇注到预热200℃的模具中，得到Al‑Ti‑C‑La合金。本发明制备简单、能耗低、不产生环境污染；Al‑Ti‑C‑La合金细化及强化效果明显。

Description

一种Al-Ti-C-La合金及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种Al-Ti-C-La合金及其制备方法。
背景技术
A1-Ti-C复合晶粒细化剂3因含有TiC粒子，存在较少的与Al-Ti-B细化剂有关的缺陷与不足，被认为是最有发展前途的铝用晶粒细化剂。但Al-Ti-C合金在制备过程中存在的关键问题是碳源与铝液的润湿性较差，TiC生成困难。
添加晶粒细化剂不仅可以细化铸态晶粒，细化枝晶组织，还能够减少疏松，降低热裂倾向，减少铸造缺陷，提高后续的加工性能。近年来随着对铝合金细化剂的研究，已开发出Al-Ti-C 晶粒细化剂。Al-Ti-C 晶粒细化剂中的TiC粒子因尺寸小，不易聚集，分布均匀，并且与Al具有很好的共格性等优点，而受到广泛关注。但由于C在Al中的润湿性较差，制备十分困难，通过强烈搅拌或者高温反应制备Al-Ti-C晶粒细化剂，制备成本较高，限制了Al-Ti-C晶粒细化剂的广泛应用。
亚共晶Al-Si合金具有密度小、优异的铸造性能等优点，广泛应用于航空航天、汽车、摩托车以及其它运载工具上。亚共晶Al-Si合金组织中主要有初生α-Al相和共晶Si，其中α-Al相呈粗大的枝晶状，共晶Si相以粗大的针状或者板条状析出，存在对基体的割裂作用，严重的影响了合金的力学性能，致使Al-Si系合金的力学性能特别是延伸率不高，韧性不够好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Al-Ti-C-La合金，该合金细化效果好，综合力学性能优越。
本发明的另一目的在于提供上述合金的制备方法。
本发明是这样实现的，一种Al-Ti-C-La合金，该合金由亚共晶Al-7Si和Al-Ti-C-La复合晶粒细化剂熔融制备而成；其中，所述细化剂的质量为亚共晶Al-7Si的0.5~3.0%；
所述细化剂由基本料和La2O3粉熔融制备而成；其中，所述基本料包括按质量比为5：（1.5~2.5）：（0.8~1.2）的铝粉、钛粉、碳粉；所述La2O3粉的质量为主料的0.5~6%。
优选地，所述铝粉、钛粉以及石墨粉的质量比为5：2：1。
优选地，所述La2O3粉的质量为主料的2%。
优选地，所述细化剂的质量为亚共晶Al-7Si的1.5%。
本发明进一步公开了一种Al-Ti-C-La合金的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）将La2O3粉以及主料混合后机械球磨1.5小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，所述主料包括按质量比为5：（1.5~2.5）：（0.8~1.2）的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述Y2O3粉的质量为主料的0.5~6%；
（2）在电阻炉中熔化亚共晶Al-7Si得到熔体，过热至730℃，将步骤（1）得到的预制块熔体中，预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的0.5~3.0%；搅拌并保温5~20min，用C2Cl6精炼除气后浇注到预热200℃的模具中，得到Al-Ti-C-La合金。
优选地，在步骤（1）中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉；所述Y2O3粉的质量为主料的2%；
在步骤（2）中，所述预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的1.5%；所述保温时间为10min。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明通过添加La2O3粉制备出了性能优于Al-Ti-C的Al-Ti-C-La细化剂，该Al-Ti-C-La细化剂不仅对初生α-Al相具有细化作用，而且对共晶Si也具有良好的变质效果，与纯单质稀土La及Al-Ti-C复合晶粒细化剂3相比，对亚共晶Al-Si的细化及强化效果明显，且操作简单，成本低。
（2）本发明的制备简单、能耗低、不产生环境污染。
附图说明
图1是添加不同含量的La2O3粉制备的Al-Ti-C-La细化剂细化亚共晶Al-7Si后的的铸态组织图；
图2是添加不同含量Al-Ti-C-La细化剂所获得的亚共晶Al-7Si合金在铸态组织中的共晶硅组织形貌图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
（1）将La2O3粉以及主料混合后机械球磨1.5小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，所述主料包括按质量比为5：1.5：0.8的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述Y2O3粉的质量为主料的0.5%；
（2）在电阻炉中熔化亚共晶Al-7Si得到熔体，过热至730℃，将步骤（1）得到的预制块熔体中，预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的0.5%；搅拌并保温5min，用C2Cl6精炼除气后浇注到预热200℃的模具中，得到Al-Ti-C-La合金1。
实施例2
（1）将La2O3粉以及主料混合后机械球磨1.5小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，所述主料包括按质量比为5：2.5：1.2的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述Y2O3粉的质量为主料的6%；
（2）在电阻炉中熔化亚共晶Al-7Si得到熔体，过热至730℃，将步骤（1）得到的预制块熔体中，预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的3.0%；搅拌并保温20min，用C2Cl6精炼除气后浇注到预热200℃的模具中，得到Al-Ti-C-La合金2。
实施例3
（1）将La2O3粉以及主料混合后机械球磨1.5小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述Y2O3粉的质量为主料的2%；
（2）在电阻炉中熔化亚共晶Al-7Si得到熔体，过热至730℃，将步骤（1）得到的预制块熔体中，预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的1.5%；搅拌并保温10min，用C2Cl6精炼除气后浇注到预热200℃的模具中，得到Al-Ti-C-La合金3。
实施例4
（1）将La2O3粉以及主料混合后机械球磨1.5小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述Y2O3粉的质量为主料的1.5%；
（2）在电阻炉中熔化亚共晶Al-7Si得到熔体，过热至730℃，将步骤（1）得到的预制块熔体中，预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的1.5%；搅拌并保温10min，用C2Cl6精炼除气后浇注到预热200℃的模具中，得到Al-Ti-C-La合金4。
实施例5
（1）将La2O3粉以及主料混合后机械球磨1.5小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述Y2O3粉的质量为主料的3%；
（2）在电阻炉中熔化亚共晶Al-7Si得到熔体，过热至730℃，将步骤（1）得到的预制块熔体中，预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的1.5%；搅拌并保温10min，用C2Cl6精炼除气后浇注到预热200℃的模具中，得到Al-Ti-C-La合金5。
实施例6
（1）将La2O3粉以及主料混合后机械球磨1.5小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述Y2O3粉的质量为主料的2%；
（2）在电阻炉中熔化亚共晶Al-7Si得到熔体，过热至730℃，将步骤（1）得到的预制块熔体中，预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的1%；搅拌并保温10min，用C2Cl6精炼除气后浇注到预热200℃的模具中，得到Al-Ti-C-La合金6。
实施例7
（1）将La2O3粉以及主料混合后机械球磨1.5小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述Y2O3粉的质量为主料的2%；
（2）在电阻炉中熔化亚共晶Al-7Si得到熔体，过热至730℃，将步骤（1）得到的预制块熔体中，预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的2%；搅拌并保温10min，用C2Cl6精炼除气后浇注到预热200℃的模具中，得到Al-Ti-C-La合金7。
对比实施例1
（1）将主料混合后机械球磨1.5小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉；
（2）在电阻炉中熔化亚共晶Al-7Si得到熔体，过热至730℃，将步骤（1）得到的预制块熔体中，预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的1.5%；搅拌并保温10min，用C2Cl6精炼除气后浇注到预热200℃的模具中，得到Al-Ti-C合金1。
效果实施例1
对上述对比实施例1中得到的Al-Ti-C合金1、实施例3中得到的Al-Ti-C-La合金3、实施例4中得到的Al-Ti-C-La合金4、实施例5中得到的Al-Ti-C-La合金5经粗磨、细磨、电解抛光之后采用大型光学显微镜（OM）观察显微组织，结果如图1所示。图1是添加不同含量的La2O3粉制备的Al-Ti-C-La细化剂细化亚共晶Al-7Si后的的铸态组织图。其中，图1（a）是合金1的铸态组织图，图1（b）为Al-Ti-C-La合金4的铸态组织图，图1（c）为Al-Ti-C-La合金3的的铸态组织图，图1（d）为Al-Ti-C-La合金5的铸态组织图。
由图1（a）可以看出未添加中间合金亚共晶Al-7Si合金中的共晶硅呈粗条状分布，当添加量为0.5%时，大量共晶硅变为短棒状。当中间合金添加量增加到1.5%时，大量共晶硅变为颗粒状。当中间合金添加量进一步增加时，大量共晶硅尺寸又变大了，也就是共晶硅出现了过变质状态。因此，Al-Ti-C-La中间合金在添加量为1.5%时对亚共晶Al-7Si合金中硅晶粒变质效果最好。
效果实施例2
对上述对比实施例1中得到的Al-Ti-C合金1、实施例3得到的合金3、实施例6中得到的合金6、实施例7中得到的合金7进行共晶硅组织形貌观察，结果如图2所示。图2（a）为Al-Ti-C合金1的共晶硅组织形貌图，图2（b）为合金6的共晶硅组织形貌图，图2（c）为合金3的共晶硅组织形貌图，图2（d）为合金7的共晶硅组织形貌图。
由图2（a）可以看出，未添加中间合金的亚共晶Al-7Si合金铸态组织中共晶Si呈粗条状分布于Al枝晶间，当中间合金添加量增加到1.5%时，大量共晶Si转变成颗粒状。当中间合金添加量进一步增加时，大量共晶又出现尺寸增大趋势，也就是共晶Si出现了过变质状态。因此，Al-Ti-C-La中间合金在添加量为1.5%时对亚共晶铝硅合金中共晶Si的变质效果最好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种Al-Ti-C-La合金，其特征在于，该合金由亚共晶Al-7Si和Al-Ti-C-La复合晶粒细化剂熔融制备而成；其中，所述细化剂的质量为亚共晶Al-7Si的0.5~3.0%；
所述细化剂由基本料和La2O3粉熔融制备而成；其中，所述基本料包括按质量比为5：（1.5~2.5）：（0.8~1.2）的铝粉、钛粉、碳粉；所述La2O3粉的质量为主料的0.5~6%。
2.如权利要求1所述的Al-Ti-C-La合金，其特征在于，所述铝粉、钛粉以及石墨粉的质量比为5：2：1。
3.如权利要求2所述的Al-Ti-C-La合金，其特征在于，所述La2O3粉的质量为主料的2%。
4.如权利要求3所述的Al-Ti-C-La合金，其特征在于，所述细化剂的质量为亚共晶Al-7Si的1.5%。
5.权利要求1~4任一项所述的Al-Ti-C-La合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将La2O3粉以及主料混合后机械球磨1.5小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，所述主料包括按质量比为5：（1.5~2.5）：（0.8~1.2）的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述Y2O3粉的质量为主料的0.5~6%；
（2）在电阻炉中熔化亚共晶Al-7Si得到熔体，过热至730℃，将步骤（1）得到的预制块熔体中，预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的0.5~3.0%；搅拌并保温5~20min，用C2Cl6精炼除气后浇注到预热200℃的模具中，得到Al-Ti-C-La合金。
6.如权利要求5所述的Al-Ti-C-La合金的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉；所述Y2O3粉的质量为主料的2%；
在步骤（2）中，所述预制块的质量为亚共晶Al-7Si熔体的1.5%；所述保温时间为10min。
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