一種電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法
2023-10-04 17:42:49
一種電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法
【專利摘要】本發明屬於金屬材料加工領域，特別涉及一種電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法。包括如下步驟：將石墨粉和海綿鈦粉進行預處理；將工業純鋁加熱至完全熔化獲得鋁熔體後，將海綿鈦粉和石墨粉用鋁箔包好並壓入鋁熔體中保溫、攪拌；加入預處理過的純鍶、精煉後扒渣；進行電磁攪拌獲得鋁鈦碳鍶細化劑。本發明的提供的電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法，解決了製備過程中氟化物汙染及鋁鈦碳鍶中各相分布不均、尺寸較大的問題；製備方法簡單，且成本低，能耗小。
【專利說明】一種電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法
[0001]
【技術領域】
[0002] 本發明屬於金屬材料加工領域，特別涉及一種電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法。
【背景技術】
[0003]鋁矽合金以其優異的鑄造性能廣泛應用於航空航天和汽車工業中，然而未經細化和變質的鋁矽合金中α-Al晶粒粗大、共晶矽呈針片狀，大大降低了其力學性能。在鋁矽合金中添加晶粒細化劑和變質劑是提高其性能最有效的方法。通常的生產工藝中，鋁矽合金的細化和變質是分別進行的，這樣不僅導致熔煉工藝複雜，而且由於處理時間過長不免造成細化或變質效果的衰退。目前國內製備出了 Al-T1-B-Sr中間合金，將細化和變質合為一體，但是由於B、Sr的同時加入，會生成BSr6中毒導致細化效果衰退。
[0004]然而Al-T1-C-Sr細化劑可以克服這一缺點，且對鋁矽合金具有良好的細化和變質效果。目前製備Al-T1-C-Sr細化劑的方法為:熔鑄-原位反應法，即在鋁合金熔體中加入氟鈦酸鉀、石墨粉和純鍶，使其在熔體中發生化學反應，待反應一段時間後澆鑄。但是此種方法一方面不能對析出相進行有效控制，導致製備出的Al-T1-C-Sr中各相分布不均，且尺寸較大，對其細化效果影響嚴重；另一方面採用氟鈦酸鉀作為原料會產生氟化物氣體汙染環境。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法，克服了現有鋁鈦碳鍶細化劑製備方法存在的不足，解決了製備過程中氟化物汙染及鋁鈦碳鍶中各相分布不均、尺寸較大的問題。
[0006]本發明採用的技術方案如下:
一種電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法，包括如下步驟:
1)將石墨粉和海綿鈦粉進行預處理:石墨粉在800~900°C下預熱30~45min，海綿鈦粉在150~250°C下預熱10~40 min ；
2)將工業純鋁加熱至完全熔化獲得鋁熔體後繼續升溫至920~980°C，將混合均勻的預處理過的海綿鈦粉和石墨粉用鋁箔包好並壓入鋁熔體中保溫60~90 min,保溫期間每隔10~15 min攬祥一次；
3)降溫至800~850°C，加入預處理過的純鍶並保溫10~15min，用氬氣精煉後扒渣；
4)降溫到780~820°C，將精煉扒渣後的熔體加入電磁攪拌器中，調節攪拌器線圈電流為100~150 A，攪拌10~15 min獲得鋁鈦碳鍶細化劑；
其中，以佔目標細化劑總質量計，以下各物質的質量百分比為:石墨粉1.5~2.5%，海綿鈦粉2.5~6.25%,工業純鋁92.0~97.0%,純鍶12~20%。[0007]本發明所述目標細化劑即以本發明方法最終製得的鋁鈦碳鍶細化劑，由於在熔煉過程中原料會有所損耗、吸收率達不到100%，所以石墨粉、海綿鈦粉、純鍶及鋁的原料加入的質量要大於最終製得的鋁鈦碳鍶細化劑(即目標細化劑)的質量。
[0008]優選的，原料石墨粉平均粒徑為60~88 μ m,海綿鈦粉平均粒徑為150~250 μ m。
[0009]優選的，步驟2)中，可將純鋁置於石墨坩堝中於電阻爐中加熱。
[0010]更優選的，先將石墨坩堝置於電阻爐中，升溫到500°C後將工業純鋁放入坩堝中，調節爐溫至720~740°C待純鋁完全熔化獲得鋁熔體。
[0011]步驟2 )中，攪拌可採用人工攪拌。攪拌是為了讓物料翻動，混合均勻，故攪拌時間和攪拌速度並無嚴格要求。
[0012]優選的，步驟3)中，純鍶的預處理過程如下:使用前從保存介質中取出並清洗乾淨，用鋁箔包好後150~250°C預熱3~5 min。保存介質如煤油、液體石蠟等；清洗時可採用丙酮等。
[0013]優選的，步驟4)中，在電磁攪拌過程中自然冷卻直至凝固獲得鋁鈦碳鍶細化劑。
[0014]所述鋁鈦碳鍶細化劑中各元素的質量百分含量為:Ti:2~5%，C:0.3~0.5%，Sr:5~10%，其餘為Al ;鈦碳比大於5:1且小於25:1，鈦鍶比大於1:4且小於3:4。
[0015]本發明原料採用粒徑尺寸較大的海綿鈦粉(平均粒徑為150~250 μ m)和石墨粉(平均粒徑為60~88 μ m)，一方面避免了使用價格較高的超細鈦粉和石墨粉，在一定程度上降低了生產成本；另一方面用海綿鈦粉代替氟鈦酸鉀避免了氟化物氣體的產生，避免了環境汙染。此外原料Sr採用純Sr，成本低、工藝簡單。
[0016]本發明增加了電磁攪拌,且通過改變電磁攪拌中電流大小及加載時間，從而對鋁鈦碳鍶細化劑中各相形貌、尺寸進行有效控制，製備出高性能鋁鈦碳鍶細化劑。
[0017]本發明在電磁攪拌過程中合金熔體採用的是邊攪拌邊冷卻的方式，因此不需要再對熔體進行加熱保溫等，節省了資源。
[0018]本發明相對於現有技術，有以下優點:
本發明的提供的電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法，解決了製備過程中氟化物汙染及鋁鈦碳鍶中各相分布不均、尺寸較大的問題；製備方法簡單，且成本低，能耗小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1獲得產品的顯微組織形貌:
圖2為圖1的放大圖；
圖3為實施例1中步驟4)不進行電磁攪拌獲得產品的顯微組織形貌；
圖4為圖3的放大圖。
【具體實施方式】
[0020]以下以具體實施例來說明本發明的技術方案，但本發明的保護範圍不限於此: 實施例1
以製備1000g鋁鈦碳鍶細化劑(Al-2T1-0.3C-5Sr)計量原料的加入量。
[0021]方法步驟如下:
I)將15g平均粒徑為88 μ m的石墨粉在800°C下預熱30min，將25g平均粒徑為150um海綿鈦粉在150°C下預熱20min ；
2)先將石墨坩堝置於電阻爐中，升溫到500°C後將920g工業純鋁放入坩堝中，電阻爐中720°C熔化工業純鋁，待純鋁完全熔化獲得鋁熔體後加熱至920°C，將預處理過的海綿鈦粉和石墨粉混合均勻，用鋁箔包好加入到鋁熔體中並保溫60min，期間每隔IOmin人工攪拌一次;
3)將120g純鍶在加入鋁熔體前的幾分鐘內從煤油中取出，然後用丙酮清洗乾淨，用鋁箔包緊放入乾燥箱150°C預熱3min ;鋁熔體降溫到800°C，加入預處理過的純鍶並保溫10min，用氬氣精煉後扒渣；
4)降溫到780°C，將熔體隨坩堝放入電磁攪拌器中進行攪拌，電流加載強度為100A，加載時間10 min,即得到Α1-2Τ?-0.3C_5Sr細化劑。
[0022]獲得產品的SEM圖(顯微組織照片)如圖1和2所示，圖2是圖1的放大圖； 將步驟4)中僅僅降溫到780V，將熔體隨坩堝一起冷卻獲得細化劑，其SEM圖(顯微組
織照片)見圖3和4，圖4是圖3的放大圖。
[0023]由圖1-4可見，未經攪拌的Al-T1-C-Sr細化劑中，Al-T1-Sr相、TiAl3相呈板條狀，尺寸較大，約為50*100 um左右，TiC顆粒有團聚現象；經電磁攪拌之後的Al-T1-C-Sr細化劑中Al-T1-Sr呈現大小均勻的塊狀，尺寸約為30*30 um左右，TiC顆粒均勻分布在鋁基體和Al-T1-Sr相表面。
[0024]實施例2
以製備1000g鋁鈦碳鍶細化劑(Al-5T1-0.5C-10Sr)計量原料的加入量。
[0025]I)將25g平均粒徑為88 μ m的石墨粉在900°C下預熱45min，將62.5g平均粒徑為250um的海綿鈦粉在250°C下預熱40min ；
2)先將石墨坩堝置於電阻爐中，升溫到500°C後將970g工業純鋁放入坩堝中，電阻爐中740°C熔化工業純鋁，待純鋁完全熔化獲得鋁熔體後加熱至980°C，將預處理過的海綿鈦粉和石墨粉混合均勻，用鋁箔包好加入到鋁熔體中並保溫90min，期間每隔15min人工攪拌一次;
3)將200g純鍶加入鋁熔體前的幾分鐘內從煤油中取出，然後用丙酮清洗乾淨，用鋁箔包緊放入乾燥箱250°C預熱5min ;降溫到850°C，加入預處理過的純鍶並保溫15 min，用氬氣精煉後機潘;
4)降溫到820°C，將熔體隨坩堝放入電磁攪拌器中進行攪拌，電流加載強度為150A，加載時間15 min,即得到Α1-5Τ?-0.5C_10Sr細化劑。
[0026]實施例3
以製備1000g鋁鈦碳鍶細化劑(Al-4T1-0.4C-7Sr)計量原料的加入量。
[0027]I)將20g平均粒徑為75 μ m的石墨粉在850°C下預熱40min，將50g平均粒度為200um的海綿鈦粉在200°C下預熱30min ；
2)先將石墨坩堝置於電阻爐中，升溫到500°C後將930g工業純鋁放入坩堝中，電阻爐中740°C熔化工業純鋁，待純鋁完全熔化獲得鋁熔體後加熱至950°C，將預處理過的海綿鈦粉和石墨粉混合均勻，用鋁箔包好加入到鋁熔體中並保溫75min，期間每隔12min人工攪拌一次;
3)將140g純鍶在加入熔體前的幾分鐘內從煤油中取出，然後用丙酮清洗乾淨，用鋁箔包緊放入乾燥箱200°C預熱4min ;熔體降溫到820°C，加入預處理過的純鍶並保溫12 min,用氬氣精煉後扒渣；
4)降溫到800°C，將熔體和坩堝放入電磁攪拌器中進行攪拌，電流加載強度為130 A，加載時間12 min,即得至Ij Α1-4Τ?-0.4C_7Sr細化劑。
[0028] 上述實施例為本發明優選的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明所作的改變均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法，其特徵在於，包括如下步驟: 1)將石墨粉和海綿鈦粉進行預處理:石墨粉在800~900°C下預熱30~45min，海綿鈦粉在150~250°C下預熱10~40min ； 2)將工業純鋁加熱至完全熔化獲得鋁熔體後繼續升溫至920~980°C，將混合均勻的預處理過的海綿鈦粉和石墨粉用鋁箔包好並壓入鋁熔體中保溫60~90 min,保溫期間每隔10~15 min攬祥一次； 3)降溫至800~850°C，加入預處理過的純鍶並保溫10~15min，用氬氣精煉後扒渣； 4)降溫到780~820°C，將精煉扒渣後的熔體加入電磁攪拌器中，調節攪拌器線圈電流為100~150 A，攪拌10~15 min獲得鋁鈦碳鍶細化劑； 其中，以佔目標細化劑總質量計，以下各物質的質量百分比為:石墨粉1.5~2.5%，海綿鈦粉2.5~6.25%,工業純鋁92.0~97.0%,純鍶12~20%。
2.如權利要求1所述的電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法，其特徵在於，步驟4)中，在電磁攪拌過程中自然冷卻直至凝固獲得鋁鈦碳鍶細化劑。
3.如權利要求1所述的電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法，其特徵在於，步驟2)中，先將石墨坩堝置於電阻爐中，升溫到500°C後將工業純鋁放入坩堝中，調節爐溫至720~740 0C待純鋁完全熔化獲得鋁熔體。
4.如權利要求1所述的電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法，其特徵在於，純鍶的預處理過程如下:使用前從保存介質中取出並清洗乾淨，用鋁箔包好後150~250°C預熱3~5 min。
5.如權利要求1所述的電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法，其特徵在於，石墨粉平均粒徑為60~88 μ m,海綿鈦粉平均粒徑為150~250 μ m。
6.如權利要求1-5任一所述的電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法，其特徵在於，所述鋁鈦碳鍶細化劑中各元素的質量百分含量為:Ti:2~5%，C:0.3~0.5%, Sr:5~10%，其餘為Al ;鈦碳比大於5:1且小於25:1,鈦銀比大於1:4且小於3:4。
7.如權利要求6所述的電磁攪拌製備鋁鈦碳鍶細化劑的方法，其特徵在於，步驟2)中，攪拌為人工攪拌。
【文檔編號】C22C21/00GK103993190SQ201410246105
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月5日 優先權日:2014年6月5日
【發明者】趙紅亮, 趙開新, 孫啟宴, 翁康榮, 陳文博, 張洋 申請人:鄭州大學