专利名称：Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料领域的晶粒细化剂的制备方法，具体是一种Al -Ti-B-C四元晶粒细化剂的制备方法。
背景技术：
Al — Ti — B和Al — Ti 一 C中间合金是优良的铝合金用晶粒细化剂，尤其是Al — Ti 一 B中间合金已经广泛应用于实际工业生产中。其产生晶粒细化的主要原因为细化剂中存在优异形核基底TiB2或11(，且富余的溶质Ti对Al的晶粒长大具有显著的抑制作用。但是，Al-Ti-B中间合金中的TiB2颗粒容易团聚，从而导致一些质量问题，例如铝箔材的针孔缺陷和阳极氧化薄板的条状缺陷等；此外，Zr、Cr、Si等元素亦会导致TiB2表面“中毒”， 使细化性能迅速衰退。Al-Ti-C中间合金中的TiC粒子不易聚集，一度被认为是Al-Ti-B中间合金的理想代替者，但TiC粒子不稳定，细化过程中的长期保温处理会使TiC与Al发生反应生成Al4C3,从而产生“自身中毒”。因此，能够克服Al — Ti 一 B和Al — Ti 一 C中间合金缺点、又兼具两者优点的 Al — Ti 一 B — C四元中间合金的研发引起了研究人员的广泛关注。申请号90105092. X的中国专利报道了一种Al - Ti - C — B四元晶粒细化剂及其制备方法，即向1100-1200°C的铝钛熔体中添加氟硼酸钾和碳(形式为石墨粉或炭黑)从而制备含TiAl3、TiB2、TiC的晶粒细化剂。但是如此高的反应温度，势必会引起氟硼酸钾的严重分解挥发、以及铝熔体的氧化烧损和夹杂；而且碳和铝间的润湿性极差，其吸收率难以控制。申请号200810139856. I的中国专利报道了一种Al -Ti-C-B-N中间合金及其制备方法，其制备工艺为先将纯钛在真空烧结炉中700-900°C下，渗氮处理，然后让纯铝、Al - B、A1 — C中间合金和渗氮处理的Ti在1000-1300°C反应2-30分钟，制备锭状后线状Al-Ti-C-B-N中间合金。然而该制备方法中用到了真空烧结炉，整个制备过程持续时间很长，工艺较为复杂，且Al-B、Al-C中间合金原料价格高，从而降低了生产效率，提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的是克服Al — Ti 一B —C四元晶粒细化剂现有上述制备技术的不足和缺陷，以碳化硼、海绵钛代替有毒氟化物作为反应原料，避免传统工艺中有害废渣的污染和处理问题，并借助高能超声振动技术，增加铝熔体与碳化硼间的润湿性、降低反应温度、 缩短细化剂制备时间、改善形核基底粒子分布状态，从而提供一种工艺简单、生产成本低、 无污染的制备方法。本发明是通过以下技术方案实现的本发明提供一种Al — Ti 一 B — C四元晶粒细化剂的制备方法，步骤如下(I)按照生成重量百分比为1. 00-12. 00% Ti, I. 00-4. 00% B,O. 25-1. 00%C，其余 Al的量，称取海绵钛、碳化硼粉及工业纯铝，并将海绵钛和碳化硼粉均匀混合；所述海绵钛粒度为O. 8-2. O毫米。
所述碳化硼粉粒度为O. 1-10. O微米。(2)升温熔化所称取的工业纯铝；所述升温熔化所称取的工业纯铝，是指升温至800°C -900°C将所称取的工业纯铝在电阻炉中熔化。(3)利用石墨钟罩将(I)中配制好的海绵钛和碳化硼混合粉末压入铝熔体中；(4)在加入海绵钛和碳化硼混合粉末的铝熔体上部引入超声波处理；所述超声波频率为20 ± IkHz、功率为500-5000W。所述持续超声波处理时间为1-15分钟。(5)使熔体自然冷却，得到Al — Ti 一 B — C四元晶粒细化剂。 所述使熔体自然冷却，在冷却至700_780°C时，浇铸成锭状Al — Ti 一 B — C四元晶粒细化剂。与现有技术相比，本发明的创新之处为以海绵钛、碳化硼粉及纯铝为原料，在晶粒细化剂制备反应中施加超声处理。以海绵钛、碳化硼替代氟化物作为反应原料，可以避免制备反应中有毒氟化物气体的排放；高能超声波在熔体中传播时的声空化将产生高温高压区，改善碳化硼与铝熔体间的润湿性，降低反应温度，减少铝熔体的氧化烧损，加速碳化硼与溶质钛间的反应，大大缩短反应制备时间；高能超声的声流效应同时可以改善晶粒细化齐[J中的TiAl3、TiB2, TiC等中间相的分布状态，缩短细化剂加入铝熔体后的细化响应时间。 经过本发明方法所制备Al -Ti-B- C中间合金细化的工业纯铝铸态晶粒尺寸可小于 150 μ m0
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1-5(I)按生成重量百分比为1. 00-12. 00% Ti, I. 00-4. 00% B,O. 25-1. 00%C，余量为 Al，称取海绵钛、碳化硼粉及工业纯铝，将海绵钛和碳化硼粉均匀混合；(2)升温至800°C _900°C将称取的工业纯铝在电阻炉中熔化；(3)利用石墨钟罩将配制好的海绵钛和碳化硼混合粉末压入铝熔体中；(4)从熔体上部引入频率为20±lkHz、功率为500-5000W的超声波，持续处理1-15 分钟；(5)使熔体自然冷却，冷却至700_780°C时，浇铸成锭状Al — Ti 一 B — C四元晶粒细化剂。细化500克工业纯铝，加热熔化至720 V，按照O. 2克/100克铝的量加入所制备的Al — Ti 一 B — C四元晶粒细化剂，保温5分钟，浇入雷诺标准高尔夫T型模，测量距试样底面51mm处的晶粒尺寸。具体实施例1-5的参数以及实施效果见下表
权利要求
1.一种Al — Ti 一 B — C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下 (1)按照生成重量百分比为:1.00-12. 00% Ti, I. 00-4. 00%B,0. 25-1. 00%C，其余 Al 的量，称取海绵钛、碳化硼粉及工业纯铝，并将海绵钛和碳化硼粉均匀混合； (2)升温熔化所称取的工业纯铝； (3)利用石墨钟罩将(I)中配制好的海绵钛和碳化硼混合粉末压入铝熔体中； (4)在加入海绵钛和碳化硼混合粉末的铝熔体上部引入超声波； (5)使熔体自然冷却，得到Al— Ti 一 B — C四元晶粒细化剂。
2.根据权利要求I所述的Al-Ti-B-C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，步骤(2)中，所述的升温熔化所称取的工业纯铝，是指升温至800°C -900°C将所称取的工业纯铝在电阻炉中熔化。
3.根据权利要求I所述的Al-Ti-B-C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，步骤(4)中，所述的超声波频率为20±lkHz，功率为500-5000W。
4.根据权利要求3所述的Al— Ti 一 B — C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，步骤(4)中，所述超声波处理时间为1-15分钟。
5.根据权利要求3所述的Al— Ti 一 B — C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，步骤(5)中，所述使熔体自然冷却，在冷却至700-780°C时，浇铸成锭状Al — Ti 一 B — C四元晶粒细化剂。
6.根据权利要求1-5任一项所述的Al— Ti 一 B — C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，所述海绵钛粒度为0. 8-2. 0毫米。
7.根据权利要求1-5任一项所述的Al— Ti 一 B — C四元晶粒细化剂的制备方法，其特征是，所述碳化硼粉粒度为0.1-10. 0微米。
全文摘要
本发明公开一种Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂的制备方法，步骤为按生成重量百分比为1.00-12.00％Ti，1.00-4.00％B，0.25-1.00%C，余量为Al，将海绵钛和碳化硼粉均匀混合；升温熔化工业纯铝；将海绵钛和碳化硼混合粉末压入铝熔体中；在铝熔体上部引入持续超声波处理；使熔体自然冷却，得到Al－Ti－B－C四元晶粒细化剂。本发明可以避免传统制备反应中有毒氟化物气体的排放，降低反应温度，减少铝熔体的氧化烧损，加速碳化硼与溶质钛间的反应，大大缩短反应制备时间，改善晶粒细化剂中间相分布状态，减少细化响应时间，本发明所制备材料的工业纯铝铸态晶粒尺寸可小于150μm。
文档编号C22C1/02GK102703738SQ201210157170
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者孙宝德, 张森, 王俊, 韩延峰 申请人:上海交通大学