一種高硼高碳鋁基中間合金及其製備方法
2023-09-20 19:47:25
專利名稱：一種高硼高碳鋁基中間合金及其製備方法
技術領域：
本發明屬金屬材料領域，特別涉及一種高硼高碳鋁基中間合金及其製備方法，其不僅可以用於細化鎂及鎂合金，而且能細化鋁矽合金，此外還可以作為一種原料來製備鋁合金細化劑-鋁-鈦-碳-硼-氮和鋁-鈦-硼-碳-氮中間合金。
背景技術：
鎂合金具有密度小、比強度和比剛度高、抗震性能優良和切削加工性好等優點，是一種非常有吸引力的結構材料，在需要輕量化及節能減排的汽車工業和航空航天等領域得到越來越廣泛的應用，成為繼鋼鐵和鋁合金之後的第三大金屬材料。但是，粗大的α-Mg枝晶使它的塑性變形能力很差，在很大程度上限制了鎂合金的應用。研究發現，細小的等軸晶粒不僅可以改善鎂合金的塑性變形能力，而且以細晶強化的方式提高其強度。因此，鎂合金的應用離不開晶粒細化。鎂合金按照其是否含有鋁元素分為兩大類，即含鋁的鎂合金與不含鋁的鎂合金。 對於不含鋁的鎂合金，加入鋯即能顯著細化晶粒；而含鋁鎂合金是目前商業上應用最廣泛的鎂合金，它的細化方法主要有過熱處理法、加碳法(如加石墨粉、碳化物、碳酸鹽、六氯乙烷等)、加入外來顆粒(A14C3、TiB2, A1N、AlB2等)法等。但是過熱處理法使合金的氧化加劇；加碳法雖然是目前最有效的晶粒細化方法，但是它也存在一些問題，如Al4C3細化效果不穩定，六氯乙烷會釋放出有害氣體汙染環境等等。總之，還沒有一種無汙染、細化效果穩定、適合工業化生產的含鋁鎂合金的晶粒細化劑。申請號為200810049548. X的中國專利報導了一種鎂合金用含氮細化劑的製備方法，即向含鋁鎂合金熔體中加入一定量的Mg3N2 粉末從而原位生成鎂的異質形核襯底A1N。但由於Mg3N2粉末為外加，加入困難且分散不均勻，影響細化效果。文獻(Journal of Alloys and Compounds, 2010,491 :165-169)報導了一種A1-1B-0. 6C中間合金，它的製備方法是向鋁熔體中加入石墨預製體和鋁硼合金，生成了一種鎂的異質形核襯底Al3BC粒子，其對鎂合金具有明顯的細化效果。但這種工藝的製備溫度太高，對設備和工藝要求高，組織不易控制，第二相粒子數較少，且中間合金容易氧化。 申請號20101(^661551的中國專利報導了一種鋁_硼_碳_氮中間合金及其製備方法，是採用鋁-硼和鋁-碳中間合金等製備的，所用原料成本較高，工藝較複雜，且硼碳等元素含量低，中間合金中第二相粒子數目較少，細化鎂合金時用量較大，使用成本高。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種能有效細化鎂及鎂合金的高硼高碳鋁基中間合金，並提供一種成本低、工藝簡單、無汙染、適合工業化生產的製備方法。本發明是通過以下方式實現的一種高硼高碳鋁基中間合金，含有鋁、硼、碳、氮四種元素，其特徵是它含有較高含量的硼、碳元素，各組分的質量百分比分別為鋁81.0% -93.0%，硼4. 1% -15.4%，碳 2. -6. 5%，氮0. 6% -2. 0%。該中間合金中彌散分布著微米級的A13BC、A14C3、A1B2、A1B12等第二相粒子，數量較多，且一部分粒子摻雜了微量氮，此外還形成了一些A1N，這些粒子直接或間接地起到了 α-Mg異質形核襯底的作用。通過改變原料配比和製備溫度，可以對其實現組織調控。上述高硼高碳鋁基中間合金的製備方法，其特徵是包括以下步驟(1)按以下質量百分比準備好所需原料81. 0% -93. 0%鋁粉(粒度50 300微米)、4.4% -16. 8%碳化硼粉(粒度0. 1 6.0微米)、0· 5. 5%石墨粉(粒度1 10 微米)、0. 6% -2. 0%氮化硼粉(粒度0. 1 6. 0微米)；(2)將上述粉末混合均勻，在高能球磨機中球磨，並單向模壓成塊狀；(3)將壓塊放入真空爐中進行燒結，保溫溫度為690 1100°C，保溫時間為0. 5 4小時。從而製備出塊狀高硼高碳鋁基中間合金，或將燒結試塊在一定溫度下擠壓成棒狀。用該方法製備的高硼高碳鋁基中間合金中各組分的質量百分比分別為鋁 81. 0% -93. 0%, | 4. 1% -15. 4%，碳 2. -6. 5%，氮 0. 6% -2. 0%o本發明以鋁粉、碳化硼粉、石墨粉、氮化硼粉為原料，燒結過程中，這些原料之間交互作用，原位生成了數量較多且彌散分布的第二相粒子，Al3BC, Al4C3^ AlB2, AlB12, AlN,此外還形成了一些氮摻雜型粒子，如Al3 (B, C，N) ,Al4 (C，N) 3、Α1 (B, Ν)2、Α1 (B, N) 12等。細化試驗表明，該高硼高碳鋁基中間合金對鎂及鎂合金還有鋁矽合金具有良好的晶粒細化效果，此外還可以作為高效鋁合金細化劑鋁-鈦-碳-硼-氮和鋁-鈦-硼-碳-氮的原料。這種製備方法具有工藝簡便、原料利用率高、無汙染和成本低等優點，適合大規模生產和應用。
具體實施例方式下面給出本發明的三個最佳實施例。實施例1(1)首先按以下質量百分比準備好所需原料84. 3%的鋁粉(粒度50 300微米)、15.0%的碳化硼粉(粒度0. 1 6.0微米)、0. 的石墨粉(粒度1 10微米)、 0. 6%氮化硼粉(粒度0. 1 6. 0微米)；(2)將上述粉末混合均勻後，在高能球磨機裡球磨，用液壓機單向模壓成塊狀；(3)將壓塊放入真空爐中燒結，保溫溫度為850°C，保溫2. 5小時，從而製備出塊狀高硼高碳鋁基中間合金，或將燒結試塊在一定溫度下擠壓成棒狀。按照上述配比和工藝製備的高硼高碳鋁基中間合金，其化學成分的質量百分比為硼12.6%，碳3. 1%，氮0.6%，餘量為鋁。實施例2(1)首先按以下質量百分比準備好所需原料89.0%的鋁粉(粒度50 300微米)、7.0%的碳化硼粉(粒度0. 1 6.0微米)、3.0%的石墨粉(粒度1 10微米)、1.0% 的氮化硼粉(粒度0. 1 6. 0微米)；(2)將上述粉末混合均勻後，在高能球磨機裡球磨，用液壓機單向模壓成塊狀；(3)將壓塊放入真空爐中燒結，保溫溫度為900°C，保溫1. 5小時，從而製備出塊狀高硼高碳鋁基中間合金，或將燒結試塊在一定溫度下擠壓成棒狀。按照上述配比和工藝製備的高硼高碳鋁基中間合金，其化學成分的質量百分比為硼6.6%，碳4.4%，氮1.0%，餘量為鋁。
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實施例3(1)首先按以下質量百分比準備好所需原料89. 6%的鋁粉(粒度50 300微米)、4.5%的碳化硼粉(粒度0. 1 6.0微米)、5. 的石墨粉(粒度1 10微米)、0.8% 氮化硼粉(粒度0. 1 6. 0微米)；(2)將上述粉末混合均勻後，在高能球磨機裡球磨，用液壓機單向模壓成塊狀；(3)將壓塊放入真空爐中燒結，保溫溫度為950°C，保溫1小時，從而製備出塊狀高硼高碳鋁基中間合金，或將燒結試塊在一定溫度下擠壓成棒狀。按照上述配比和工藝製備的高硼高碳鋁基中間合金，其化學成分的質量百分比為硼4.4%，碳6.0%，氮0.8%，餘量為鋁。
權利要求
1.一種高硼高碳鋁基中間合金，包括鋁、硼、碳、氮四種元素，其特徵是各組分的質量百分比為鋁 81. 0% -93. 0%，硼 4. 1% -15. 4%，碳 2. -6. 5%，氮 0. 6% -2. 0%。
2.一種高硼高碳鋁基中間合金的製備方法，其特徵是包括以下步驟(1)按以下質量百分比準備好所需原料81.0%-93.0%鋁粉、4. 4% -16. 8%碳化硼粉、0. 5. 5%石墨粉、0. 6% -2. 0%氮化硼粉；(2)將上述粉末混合均勻，在高能球磨機中球磨，並單向模壓成塊狀；(3)將壓塊放入真空爐中進行燒結，保溫溫度為690 1100°C，保溫時間為0.5 4小時，從而製備出塊狀高硼高碳鋁基中間合金，或將燒結試塊擠壓成棒狀。
3.根據權利要求2所述的一種高硼高碳鋁基中間合金的製備方法，其特徵是步驟(1) 中鋁粉粒度為50 300微米，碳化硼粉粒度為0. 1 6. 0微米，石墨粉粒度為1 10微米， 氮化硼粉粒度為0. 1 6. 0微米。
全文摘要
本發明屬金屬材料領域，涉及一種高硼高碳鋁基中間合金及其製備方法。本發明高硼高碳鋁基中間合金，包含鋁、硼、碳、氮四種元素，各組分的質量百分比為鋁81.0％-93.0％，硼4.1％-15.4％，碳2.1％-6.5％，氮0.6％-2.0％；高硼高碳鋁基中間合金的製備方法是首先將鋁粉、碳化硼粉、石墨粉、氮化硼粉混合均勻並球磨處理，單向模壓成型後，將壓塊放入在真空裡燒結，保溫溫度為690～1100℃，保溫時間為0.5～4小時。該製備方法成本低、工藝簡單、無汙染、適合工業化生產；所製備的高硼高碳鋁基中間合金，不僅對鎂及鎂合金具有明顯的晶粒細化效果，還能細化鋁矽合金，並且能作為一種原料來製備鋁合金高效細化劑。
文檔編號C22C21/00GK102329993SQ201110263948
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月7日 優先權日2011年9月7日
發明者劉相法, 李鵬廷, 田文婕, 賈龍凱 申請人:山東大學