一種鋁及鋁合金用鋁鈦硼晶粒細化劑的製作方法
2023-09-13 15:48:40
專利名稱：一種鋁及鋁合金用鋁鈦硼晶粒細化劑的製作方法
技術領域：
本發明屬於精煉鋁的技術領域，即提供一種鋁和鋁合金熔鑄用的晶粒細化劑或變質劑。它是國內外廣泛使用的AlTiB中間合金的繼續和發展。
七十年代以來，在精煉鋁和鋁合金方面做了大量研究工作，研製的晶粒細化劑可以使鋁及鋁合金的鑄造晶粒得到明顯細化。現廣泛使用的晶粒細化劑主要分為以下三種類型第一種是以鋁為載體的AlTiB中間合金(如美國專利3857705)，它是通過向鋁熔體中添加Ti和B中間合金。AlTiB中間合金以鋁為基體，其中分布著塊狀TiAl3相及顆粒狀的TiAl3相和TiB2(見
圖1)，AlTiB晶粒細化劑的使用性能主要取決於TiAl3和TiB2相在其中存在的形態，尺寸和分布均勻性，一般要求TiAl3相呈塊狀，其尺寸小於40μm，TiAl3相和TiB2相顆粒呈均勻分布。第二種是TiB類中間合金，如(英國專利1413848)它是用顆粒狀金屬鈦與複合物鹽混合一起壓實而製取的塊狀晶粒細化劑，TiB型晶粒細化劑其作用機理在於進入鋁熔池中的Ti和B在其中發生化學作用而形成TiAl3相和TiB2相變質顆粒，這種Ti-B型晶粒細化劑的缺點在於TiAl3相和TiB2相變質顆粒的形狀和尺寸難以控制。為克服上述問題，研製出第三種類型的晶粒細化劑，即金屬間化合物粉狀TiAlB晶粒細化劑，其TiAl3相顆粒的形塊得到了理想的控制，這種TiAlB型晶粒細化劑具有抗時效壽命長，細化效果好，用量少的優點，不過它的響應時間長，且不能在流槽中加入，其應用範圍受到一定的限制。
本發明的目的是提供一種實用高效的鋁合金晶粒細化劑，即納米級異質晶核的TiAlB晶粒細化劑。
本發明所提供的納米級異質晶核的TiAlB晶粒細化劑，其特徵在於它所提供的異質晶核為納米量級，與異質形核的臨界晶核尺寸相當；TiAlB中間合金中TiAl3相和TiB2相顆粒均勻彌散地分布在鋁基體中，其尺寸在10-1000nm之間。
為了使鋁及鋁合金能達到最佳的晶粒細化效果，且滿足工業上的不同需求，其主要合金元素Ti和B的含量應為Ti2-10％(wt)，B0.2-1.5％(wt)，Ti/B比例範圍應控制在3∶1至50∶1之間。
鋁合金細化機理在於鋁熔池中存在著TiAl3和TiB2兩個關鍵性的相，這兩種化合物相相結合構成了鋁合金最主要的異質晶核。根據異質形核理論，做為結晶的異質晶核其臨界尺寸應為納米量級，因此可以認為傳統的鋁合金晶粒細化劑均米能充分發揮其晶粒細化的功效本發明所提供的納米級異質晶核的TiAlB晶粒細化劑具有下述優點1這種TiAlB中間合金中TiAl3相顆粒的尺寸明顯變小，一般在10-1000nm之間，與異質形核的臨界晶核尺寸相當。因而這種納米級異質晶核的TiAlB晶粒細化劑具有Ti和B總用量低，細化效果好和響應時間短的優點。
2這種TiAlB中間合金中TiAl3相和TiB2相顆粒呈均勻彌散的分布，進鋁熔池後，它們亦將形成均勻分布，這樣避免了TiB2相顆粒因聚集而產生沉澱，促進了晶粒細化的均勻性，延長了抗時效壽命。
3這種TiAlB晶粒細化劑因其所提供的異質晶核為納米量級，它可以滿足象軋制超薄鋁箔等特殊鋁工業細化晶粒的要求。
4本發明產品類型多樣化，可以是粉劑，碎片狀，條帶和絲樹材以及塊狀，可以根據工業上的不同需要進行選擇，因此使用方便，簡捷。
附圖1.傳統Al-Ti-B絲背散射照片(a)×175，(b)×1000附圖2.納米級Al-2Ti-0.5B晶粒細劑背散射照片×1000附圖3.納米級Al-3Ti-1B晶粒細劑背散射照片×1000附圖4.納米級Al-5Ti-1B晶粒細劑背散射照片×1000實例例1晶粒細化劑成份為Al-2Ti-0.5B(wt％)，TiAl3相TiB2相顆粒尺寸在100mm左右，如圖2所示在Al基體中分布均勻。
用馬福爐將1.0公斤99.7％純鋁在石墨坩堝中熔化至740℃，3小時後取出扒渣，將製備的碎片狀TiAlB晶粒細化劑用鐘罩壓入鋁熔池中並攪拌，添加量為0.5kg/T和1kg/T，扒渣後澆鑄試樣，將剩餘鋁液放入爐中720℃保溫5分，10分，60分，分別取樣，將取得的鑄樣沿中心線縱向剖開，經低倍組織檢驗，其晶粒度均達到1級，且添加量1kg/T的晶粒細化效果略優於添加量0.5kg/T的細化效果，不同保溫時間對晶粒度影響不大。
實施例2晶粒細化劑成份為Al-3Ti-1B(wt％)，TiAl3，TiB2相顆粒尺寸在100nm左右，呈較多且分布均勻。見圖(3)與實施例1方法相同，將製備的塊狀晶粒細化劑以0.5kg/T和1kg/T的添加量加入，在720℃分別取保溫5分，10分和60分鐘的鑄樣，經低倍組織檢驗，其晶粒度均達到1級，且塊狀細化劑的細化效果略優於碎片狀細化劑的細化效果。
實施例3晶粒細化劑成份為Al-5Ti-1B(wt％)，TiAl3TiB2相顆粒尺寸在100nm左右，量較前兩例更多且分布均勻。見圖(4)用鋁熔化爐將8噸99.7％純鋁熔化，經打渣精煉，調整溫度約在740℃，進行連鑄連軋鋁板。將製備的粉狀晶粒細化劑在流槽中以0.5-1kg/T的添加量連續加入，在每卷鋁板的頭和尾部分別切取試樣。經低倍組織檢驗，其晶粒度均達到1級。
權利要求
1.一種鋁及鋁合金用鋁鈦硼晶粒細化劑，其特徵在於它所提供的異質晶核為納米量級，與異質形核的臨界晶核尺寸相當；TiAIB中間合金中TiAl3相和TiB2相顆粒均勻彌散地分布在鋁基體中，其尺寸在10-1000nm之間。
2.按權利要求1所述鋁及鋁合金用鋁鈦硼晶粒細化劑，其特徵在於主要合金元素Ti和B的含量應為Ti2-10％(wt)，B0.2-1.5％(wt)，Ti/B比例範圍應控制在3∶1至50∶1之間。
全文摘要
一種鋁及鋁合金用納米級異質晶核的AlTiB晶粒細化劑，其特徵在於它所提供的異質晶核為納米量級，與異質形核的臨界晶核尺寸相當，TiAl
文檔編號C22C21/00GK1145413SQ95111990
公開日1997年3月19日 申請日期1995年9月13日 優先權日1995年9月13日
發明者李 東, 崔玉友 申請人:中國科學院金屬研究所