专利名称：一种高硼高碳铝基中间合金及其制备方法
技术领域：
本发明属金属材料领域，特别涉及一种高硼高碳铝基中间合金及其制备方法，其不仅可以用于细化镁及镁合金，而且能细化铝硅合金，此外还可以作为一种原料来制备铝合金细化剂-铝-钛-碳-硼-氮和铝-钛-硼-碳-氮中间合金。
背景技术：
镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、抗震性能优良和切削加工性好等优点，是一种非常有吸引力的结构材料，在需要轻量化及节能减排的汽车工业和航空航天等领域得到越来越广泛的应用，成为继钢铁和铝合金之后的第三大金属材料。但是，粗大的α-Mg枝晶使它的塑性变形能力很差，在很大程度上限制了镁合金的应用。研究发现，细小的等轴晶粒不仅可以改善镁合金的塑性变形能力，而且以细晶强化的方式提高其强度。因此，镁合金的应用离不开晶粒细化。镁合金按照其是否含有铝元素分为两大类，即含铝的镁合金与不含铝的镁合金。 对于不含铝的镁合金，加入锆即能显著细化晶粒；而含铝镁合金是目前商业上应用最广泛的镁合金，它的细化方法主要有过热处理法、加碳法(如加石墨粉、碳化物、碳酸盐、六氯乙烷等)、加入外来颗粒(A14C3、TiB2, A1N、AlB2等)法等。但是过热处理法使合金的氧化加剧；加碳法虽然是目前最有效的晶粒细化方法，但是它也存在一些问题，如Al4C3细化效果不稳定，六氯乙烷会释放出有害气体污染环境等等。总之，还没有一种无污染、细化效果稳定、适合工业化生产的含铝镁合金的晶粒细化剂。申请号为200810049548. X的中国专利报道了一种镁合金用含氮细化剂的制备方法，即向含铝镁合金熔体中加入一定量的Mg3N2 粉末从而原位生成镁的异质形核衬底A1N。但由于Mg3N2粉末为外加，加入困难且分散不均勻，影响细化效果。文献(Journal of Alloys and Compounds, 2010,491 :165-169)报导了一种A1-1B-0. 6C中间合金，它的制备方法是向铝熔体中加入石墨预制体和铝硼合金，生成了一种镁的异质形核衬底Al3BC粒子，其对镁合金具有明显的细化效果。但这种工艺的制备温度太高，对设备和工艺要求高，组织不易控制，第二相粒子数较少，且中间合金容易氧化。 申请号20101(^661551的中国专利报道了一种铝_硼_碳_氮中间合金及其制备方法，是采用铝-硼和铝-碳中间合金等制备的，所用原料成本较高，工艺较复杂，且硼碳等元素含量低，中间合金中第二相粒子数目较少，细化镁合金时用量较大，使用成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效细化镁及镁合金的高硼高碳铝基中间合金，并提供一种成本低、工艺简单、无污染、适合工业化生产的制备方法。本发明是通过以下方式实现的一种高硼高碳铝基中间合金，含有铝、硼、碳、氮四种元素，其特征是它含有较高含量的硼、碳元素，各组分的质量百分比分别为铝81.0% -93.0%，硼4. 1% -15.4%，碳 2. -6. 5%，氮0. 6% -2. 0%。该中间合金中弥散分布着微米级的A13BC、A14C3、A1B2、A1B12等第二相粒子，数量较多，且一部分粒子掺杂了微量氮，此外还形成了一些A1N，这些粒子直接或间接地起到了 α-Mg异质形核衬底的作用。通过改变原料配比和制备温度，可以对其实现组织调控。上述高硼高碳铝基中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)按以下质量百分比准备好所需原料81. 0% -93. 0%铝粉(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)将上述粉末混合均勻，在高能球磨机中球磨，并单向模压成块状；(3)将压块放入真空炉中进行烧结，保温温度为690 1100°C，保温时间为0. 5 4小时。从而制备出块状高硼高碳铝基中间合金，或将烧结试块在一定温度下挤压成棒状。用该方法制备的高硼高碳铝基中间合金中各组分的质量百分比分别为铝 81. 0% -93. 0%, | 4. 1% -15. 4%，碳 2. -6. 5%，氮 0. 6% -2. 0%o本发明以铝粉、碳化硼粉、石墨粉、氮化硼粉为原料，烧结过程中，这些原料之间交互作用，原位生成了数量较多且弥散分布的第二相粒子，Al3BC, Al4C3^ AlB2, AlB12, AlN,此外还形成了一些氮掺杂型粒子，如Al3 (B, C，N) ,Al4 (C，N) 3、Α1 (B, Ν)2、Α1 (B, N) 12等。细化试验表明，该高硼高碳铝基中间合金对镁及镁合金还有铝硅合金具有良好的晶粒细化效果，此外还可以作为高效铝合金细化剂铝-钛-碳-硼-氮和铝-钛-硼-碳-氮的原料。这种制备方法具有工艺简便、原料利用率高、无污染和成本低等优点，适合大规模生产和应用。
具体实施例方式下面给出本发明的三个最佳实施例。实施例1(1)首先按以下质量百分比准备好所需原料84. 3%的铝粉(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)将上述粉末混合均勻后，在高能球磨机里球磨，用液压机单向模压成块状；(3)将压块放入真空炉中烧结，保温温度为850°C，保温2. 5小时，从而制备出块状高硼高碳铝基中间合金，或将烧结试块在一定温度下挤压成棒状。按照上述配比和工艺制备的高硼高碳铝基中间合金，其化学成分的质量百分比为硼12.6%，碳3. 1%，氮0.6%，余量为铝。实施例2(1)首先按以下质量百分比准备好所需原料89.0%的铝粉(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)将上述粉末混合均勻后，在高能球磨机里球磨，用液压机单向模压成块状；(3)将压块放入真空炉中烧结，保温温度为900°C，保温1. 5小时，从而制备出块状高硼高碳铝基中间合金，或将烧结试块在一定温度下挤压成棒状。按照上述配比和工艺制备的高硼高碳铝基中间合金，其化学成分的质量百分比为硼6.6%，碳4.4%，氮1.0%，余量为铝。
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实施例3(1)首先按以下质量百分比准备好所需原料89. 6%的铝粉(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)将上述粉末混合均勻后，在高能球磨机里球磨，用液压机单向模压成块状；(3)将压块放入真空炉中烧结，保温温度为950°C，保温1小时，从而制备出块状高硼高碳铝基中间合金，或将烧结试块在一定温度下挤压成棒状。按照上述配比和工艺制备的高硼高碳铝基中间合金，其化学成分的质量百分比为硼4.4%，碳6.0%，氮0.8%，余量为铝。
权利要求
1.一种高硼高碳铝基中间合金，包括铝、硼、碳、氮四种元素，其特征是各组分的质量百分比为铝 81. 0% -93. 0%，硼 4. 1% -15. 4%，碳 2. -6. 5%，氮 0. 6% -2. 0%。
2.一种高硼高碳铝基中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)按以下质量百分比准备好所需原料81.0%-93.0%铝粉、4. 4% -16. 8%碳化硼粉、0. 5. 5%石墨粉、0. 6% -2. 0%氮化硼粉；(2)将上述粉末混合均勻，在高能球磨机中球磨，并单向模压成块状；(3)将压块放入真空炉中进行烧结，保温温度为690 1100°C，保温时间为0.5 4小时，从而制备出块状高硼高碳铝基中间合金，或将烧结试块挤压成棒状。
3.根据权利要求2所述的一种高硼高碳铝基中间合金的制备方法，其特征是步骤(1) 中铝粉粒度为50 300微米，碳化硼粉粒度为0. 1 6. 0微米，石墨粉粒度为1 10微米， 氮化硼粉粒度为0. 1 6. 0微米。
全文摘要
本发明属金属材料领域，涉及一种高硼高碳铝基中间合金及其制备方法。本发明高硼高碳铝基中间合金，包含铝、硼、碳、氮四种元素，各组分的质量百分比为铝81.0％-93.0％，硼4.1％-15.4％，碳2.1％-6.5％，氮0.6％-2.0％；高硼高碳铝基中间合金的制备方法是首先将铝粉、碳化硼粉、石墨粉、氮化硼粉混合均匀并球磨处理，单向模压成型后，将压块放入在真空里烧结，保温温度为690～1100℃，保温时间为0.5～4小时。该制备方法成本低、工艺简单、无污染、适合工业化生产；所制备的高硼高碳铝基中间合金，不仅对镁及镁合金具有明显的晶粒细化效果，还能细化铝硅合金，并且能作为一种原料来制备铝合金高效细化剂。
文档编号C22C21/00GK102329993SQ201110263948
公开日2012年1月25日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者刘相法, 李鹏廷, 田文婕, 贾龙凯 申请人:山东大学