专利名称：一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法
技术领域：
本发明属金属材料领域，特别涉及一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备 方法，所制备的中间合金适用于铝、铝合金及锌铝合金的晶粒细化。
技术背景目前的工业生产中，铝及其合金的晶粒细化方法通常是向铝熔体中添加 含有TiB2粒子的Al-Ti-B中间合金，含有TiC粒子的Al-Ti-C中间合金也有少 量实际应用。在长期使用过程中，Al-Ti-B中间合金出现一些难以克服的缺陷，如TiB2 粒子尺寸较大，在细化过程中易聚集成团，导致细化效果下降，同时颗粒聚 团会给产品带来表面质量缺陷；细化含有Zr、 Cr元素的铝及其合金时，TiB2 粒子会中毒失去细化作用。能够克服以上缺陷的Al-Ti-C中间合金被认为是 Al-Ti-B中间合金的更新换代产品，然而它本身也出现一些不尽人意的问题 TiC粒子在铝液中具有不稳定性，细化保温过程中会与铝反应而导致界面处 生成AUC3，使细化能力出现时间衰退问题；细化含有Si、 Mn等元素的铝合 金时，TiC粒子会与这些元素反应，产生"中毒"，导致细化能力下降。申请号分别为93114567.8和90105092.X的中国发明专利、文献"特种铸 造及有色合金，1997(1) :9-11"和文献"特种铸造及有色合金，2008年年会专 刊，175-177"均报导同时含有TiB2和TiC粒子的Al-Ti-B-C中间合金可以 克服上述A1-Ti-B和A1-Ti-C的"中毒"现象及细化的时间衰退等缺点，并能 综合两者的优点，是一种优良的铝及铝合金细化剂。目前已知的A1-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法有两种第一种见文献 "特种铸造及有色合金，2008年年会专刊，175-177"，制备过程是分别制 备出含有TiB2粒子的Al-Ti-B中间合金和含有TiC粒子的Al-Ti-C中间合金，然 后再将两者熔化机械混合于一起而得到A1-Ti-B-C细化剂。这一工艺方法存在 的一个问题是多步反应，导致生产工序多、生产工期长，生产能耗高，因此 生产成本较高。此外，生产A1-Ti-B的常用方法是将含有钛和硼元素的氟盐 (如K2TiF6、 KBF4)加入到铝液反应，氟盐与铝液反应过程中会腐蚀熔炼坩 埚和工具，会在细化剂基体中残留有害的夹杂物，同时反应过程中还会大量 释放出含有氟化物的有毒气体和烟雾，造成生产条件恶劣并污染大气环境。 第二种制备Al-Ti-B-C中间合金的方法见申请号为90105092.X的中国发明专利，其工艺过程是先将纯钛加入铝液熔炼得到铝钛合金液，然后再将碳粉和 KBF4混合物加入到铝钛合金液中进行反应，反应过程可在大气中或真空中进 行。由于原料中含有氟盐，另外在大气中反应时还需要冰晶石或其它卤盐作 熔剂，这同样出现上述A1-Ti-B中间合金制备过程中由盐类带来的一系列问 题。在真空中反应还需要真空设备和生产过程中的真空操作，会大大增加生 产设备和工艺的复杂程度，使生产周期增长，导致生产成本增高。 发明内容本发明的目的在于克服上述Al-Ti-B-C中间合金细化剂制备方法的缺点 和问题，提供一种新型的Al-Ti-B-C中间合金晶粒细化剂制备工艺，所制备 的中间合金适用于铝、铝合金及锌铝合金的晶粒细化。 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为 一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法，包括以下步骤(1) 按下列质量比例准备原料纯铝锭，66-98%;纯钛粉，1-20%;碳化硼(B4C)粉，0.1-7%;纯铝粉，0-15%;(2) 用中频感应电炉将纯铝锭在坩埚内熔化成铝液，温度达到1000-1350 'C时，将一定质量百分比的纯钛粉、碳化硼粉和纯铝粉的混合物加入到铝液 中，反应3-15分钟后，进行精炼、除气，然后将合金液浇注到铸模中，即得 Al-Ti-B-C中间合金细化剂。本发明所述的一定质量百分比的纯钛粉、碳化硼粉和纯铝粉的混合物，预 先用球磨机在氩气保护条件下球磨0. 5-3小时，使三种粉末混合均匀。 本发明所述的纯钛粉与碳化硼粉的质量比例大于等于18: 7。 本发明所述的纯铝粉占纯钛粉、碳化硼粉和纯铝粉总质量的0-50%。 本发明所述的纯钛粉粒度小于200微米、碳化硼粉的粒度小于10微米。 本发明的有益效果是通过本发明的制备方法所得Al-Ti-B-C中间合金细 化剂，含有大量在基体中均匀分布的TiC、 TiB2颗粒，其尺寸在0.1-2um之 间，此外还有TiB2-xCx(0〈x〈2)颗粒或长条状的TiAl3化合物。将所得Al-Ti-B-C 中间合金加入到纯铝或铝合金中后，TiAl3化合物溶解释放出钛元素，并与 TiC、 TiB2、 TiB2-xCx (0〈x<2)粒子联合作用使铝晶粒得到细化。实验证明， 此中间合金细化剂用于铝及其合金的细化，在长达一小时的保温时间内不会 发生细化效果衰退。将此中间合金细化剂加入到锌铝合金中也能起到很好的 晶粒细化效果。本发明采用钛粉和碳化硼混合粉末为原料在铝熔体中短时间反应得到 Al-Ti-B-C中间合金细化剂，用普通的熔炼工艺就可实现，不需要真空反应 装置或铝合金熔炼剂，产品洁净无其它有害夹杂物，生产效率高，是一种环境友好的生产方法，适合于规模化工业生产和应用。
具体实施方式
下面给出本发明的两个最佳实施例 实施例一按下列质量比例称取原料89%纯铝；5%的纯钛粉；1%碳化硼粉；5% 纯铝粉。首先将纯钛粉、碳化硼粉和纯铝粉用球磨机在氩气保护条件下球磨 半小时，取出备用。将工业纯铝用中频感应电炉熔化至1070-1250°C，将上 述粉末加入，反应5-10分钟后进行精炼、除气，将铝合金液浇入铸模中，凝 固后即得Al-Ti-B-C中间合金细化剂，其化学成分的质量百分含量为Ti: 5%、 B: 0.78%、C: 0.22%，其余为A1及微量杂质。用KBI环模法检验该中间合金细化剂对纯度为99.7%的工业纯铝的细化效 果，细化前的纯铝晶粒尺寸为3000微米，在72(TC以0.2wty。的加入量细化 后纯铝晶粒尺寸达到200微米以下，且在长达60分钟的时间内细化效果没有 衰退。将此中间合金细化剂1克加入到199克Zn-25wt.%Al合金液中用中频 感应电炉加热10分钟，使中间合金在锌铝合金液中熔化并分布均匀，然后将 合金液在57(TC浇注入铁模中，可使其a -A1相由包含发达的二次(甚至三次) 枝晶、总长度可达200微米以上的发达树枝晶细化为直径60微米以下、没有 二次枝晶的花瓣状晶粒或等轴晶粒。 实施例二按下列质量比例称取原料86%工业纯铝；12%的纯钛粉；2%碳化硼粉。 首先将纯钛粉和碳化硼粉用球磨机在氩气保护条件下球磨半小时，取出奋用。 将工业纯铝用中频感应电炉熔化至1100-125(TC，将上述粉末全部加入，反应炼、除气，将铝合金液浇入铸模中冷却后即得Al-Ti-B-C 中间合金细化剂，其化学成分的质量百分含量为Ti: 12%、 B: 1.57°/。、 C: 0.43%，其余为A1及微量杂质。 用KBI环模法检验该中间合金细化剂对纯度为99.7%的工业纯铝的细化 效果，细化前的纯铝晶粒尺寸为3000微米，在72(TC以0.1wty。的加入量细 化后纯铝晶粒尺寸达到300微米以下，且在长达60分钟的时间内细化效果没 有衰退。将此中间合金细化剂1克加入到199克Zn-50wt.%Al合金液中用中 频感应电炉加热10分钟，使中间合金在锌铝合金液中熔化并分布均匀，然后 将合金液在65(TC浇注入铁模中，可使其a-Al相由包含发达的二次(甚至三 次)枝晶、总长度可达600微米以上的发达树枝晶细化为直径80微米以下、 没有二次枝晶的花瓣状晶粒。
权利要求
1、一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)按下列质量比例准备原料纯铝锭66-98％、纯钛粉1-20％、碳化硼(B4C)粉0.1-7％、纯铝粉0-15％；(2)用中频感应电炉将纯铝锭在坩埚内熔化成铝液，温度达到1000-1350℃时，将一定质量百分比的纯钛粉、碳化硼粉和纯铝粉的混合物加入到铝液中，反应3-15分钟后，进行精炼、除气，然后将合金液浇注到铸模中，即得Al-Ti-B-C中间合金细化剂。
2、 如权利要求书1所述的一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法， 其特征是所述的一定质量百分比的纯钛粉、碳化硼粉和纯铝粉的混合物， 预先用球磨机在氩气保护条件下球磨0. 5-3小时，使三种粉末混合均匀。
3、 如权利要求书1所述的一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法， 其特征是所述的纯钛粉与碳化硼粉的质量比例大于等于18: 7。
4、 如权利要求书1所述的一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法， 其特征是所述的纯铝粉占纯钛粉、碳化硼粉和纯铝粉总质量的0-50%。
5、 如权利要求书1所述的一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法， 其特征是所述的纯钛粉的粒度小于200微米。
6、 如权利要求书1所述的一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法， 其特征是所述的碳化硼粉的粒度小于10微米。
全文摘要
本发明属金属材料领域，特别涉及一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法，技术方案包括以下步骤(1)按下列质量比例准备原料纯铝锭，66-98％；纯钛粉，1-20％；碳化硼(B<sub>4</sub>C)粉，0.1-7％；纯铝粉，0-15％；(2)用中频感应电炉将纯铝锭在坩埚内熔化成铝液，温度达到1000-1350℃时，将一定质量百分比的纯钛粉、碳化硼粉和纯铝粉的混合物加入到铝液中，反应3-15分钟后，进行精炼、除气，然后将合金液浇注到铸模中，即得Al-Ti-B-C中间合金细化剂。本发明的有益效果是此中间合金细化剂用于铝、铝合金及锌铝合金的细化，在长达一小时的保温时间内不会发生细化效果衰退，适合于规模化工业生产和应用。
文档编号C22C1/03GK101591740SQ20091001656
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者姜召华, 杨中喜, 王振卿, 耿浩然, 陈亚明 申请人:济南大学