一种Al‑Ti‑C中间合金的制备方法与流程

本发明属于湿法冶金和铸造技术邻域，具体涉及al-ti-c中间合金的制备技术。

背景技术：

晶粒细化能够提高金属的强度，提高组织的均匀性。铝合金的细化通常经过机械搅拌和添加细化晶粒来完成，而添加细化晶粒是最简单、最有效的方法。目前使用的变质剂主要有al-ti-c及al-ti-b两种。人们为了提高铝及铝合金的质量，降低废品率，同时在生产al-ti-c合金的方法的不断改进，提高al-ti-c合金本身的质量生产方面采取了很多措施，但现有技术在不同程度上存在如下问题：迄今为止，采用熔体反应法、高温自蔓延法和热爆法均可以制备al-ti-c中间合金，不同的工艺有其自身的特点。

近年来，国内对提高al-ti-c合金的质量进行了大量的研究工作，取得了很大的进展，申请的专利有：200610046996（制备al-ti-c中间合金的方法）用冰晶石为覆盖剂，将钛的氧化物、高纯碳源及金属铝放入坩埚，还原铸锭后即得。

ａl-ti-c中间合金；200410074369（一种al-ti-c中间合金的制备方法）将ｃaｃ和氟钛酸钾混合物加入铝熔体中，除去熔体表面的浮渣，浇注成型制得al-ti-ｃ中间合金；98119377（一种含钛、碳的铝基中间合金的制备方法），按比例向铝液中加入钛酸盐、石墨粉和活化剂，除渣、浇铸成锭，即为产品中间合金；200610127939（一种al-ti-c中间合金的制备方法）将将al、ti、c粉按比例混合并模压成棒作为自耗电极，并熔炼；02156761（一种铝钛碳中间合金晶粒细化剂）在铝液中加入碳质材料及钛并搅拌。

中国专利00123953.8（一种铝－钛－碳中间合金的制备方法）在感应炉中将工业纯铝加热至1100-1350℃，然后同时加入纯钛和石墨粉，直接浇注成锭或通过连铸连轧设备制备成线材。总体来看，虽然采用了不同的碳源和钛源，可以生产晶粒细化剂，但工艺复杂，成本高，细化剂不能一次成型，使细化效果差，废品率高，产品质量低。

上述专利从制备原理和制备技术上做了探究，取得了一定的进步，但这些制备方法不同程度存在以下问题：

1.al-ti-c合金中夹渣物含量高，熔化后使铝液的粘度提高，夹杂物不易从铝液中清除。但需要避免制备过程中反应盐渣带来的污染效应

2.al-ti-c合金中存在大块的金属间化合物，有一定的变质作用，但另一方面在铝中聚集长大相当于夹杂物，在后续的加工过程中使产品的内在及表面质量降低，强度降低，变形性能恶化。

3.生产工艺复杂，先铸锭然后用挤压成型的方法，挤压成变质剂所用丝的直径，需要大型设备，并且组织不均匀，影响变质效果。但难以实现规模化生产。

4.生产工艺不稳定，对操作工的要求高，产品的质量不稳定，影响后续产品的质量不稳定。但反应过程中需要气氛保护，令该工艺的应用受限。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种al-ti-c中间合金的制备方法。

本发明是一种al-ti-c中间合金的制备方法，其步骤为：

（1）把碳粉和钛粉混合，制成预制丝；预制丝中钛15-30%、碳1.5-5.5%，其余为铝；

（2）预制丝连接到直流或交流电源负极上，石墨棒连接到正极；

（3）把工业纯铝液温度控制在750℃-950℃，同时在铝液表面覆盖冰晶石或其它除渣剂；把石墨棒先置入铝液，再把预制丝放人铝液上面产生电弧，使预制丝熔化，这个铝液是连续流动的铝液或定量的铝液；

（4）按al-ti-c中间合金成分要求，定量连续或间歇加入预制丝，经净化处理连续成型或浇注铸锭轧制。

本发明的优点是：1.本发明采用的原料为工业纯铝、钛粉、碳粉，所需原料简单易得，金属铝使用电解铝原铝液，单批生产量大，简单易行，金属利用率高。2.本发明制备的al-ti-c中间合金，连铸凝固时间短，晶粒及金属间化合物生长时间短，分布均匀细小。3.制备得到的al-ti-c中间合金组织细小，变质衰退时间长，效果持久。4.制备得到的al-ti-c中间合金tic、tial3含量稳定。5.制备得到的al-ti-c中间合金经验证对于纯铝等金属有较好的细化效果。6.本发明工艺简单，杂质较少，易于规模化工业生产。

附图说明

图1为制备得到的al-ti-c中间合金的显微组织图，图2为制备得到的al-ti-c中间合金的sem图，图3为制备得到的al-ti-c中间合金的xrd能谱。

具体实施方式

本发明是一种al-ti-c中间合金的制备方法，其步骤为：

（1）把碳粉和钛粉混合，制成预制丝；预制丝中钛15-30%、碳1.5-5.5%，其余为铝；

（2）预制丝连接到直流或交流电源负极上，石墨棒连接到正极；

（3）把工业纯铝液温度控制在750℃-950℃，同时在铝液表面覆盖冰晶石或其它除渣剂；把石墨棒先置入铝液，再把预制丝放人铝液上面产生电弧，使预制丝熔化，这个铝液是连续流动的铝液或定量的铝液；

（4）按al-ti-c中间合金成分要求，定量连续或间歇加入预制丝，经净化处理连续成型或浇注铸锭轧制。

以上所述的方法中，把钛粉和碳粉混合在一起预制成丝，预制丝直径为5~15mm。

以上所述的方法，通过改变电流大小改变电弧的温度，电流控制在20a~100a。

以上所述的方法，碳粉为500目~1200目，碳粉经过浓度10%的hf酸处理。

以上所述的方法，钛粉粒度300目-500目。

以上所述的方法，温度控制在750℃-950℃，把连接电原的石墨棒和预制丝放置到铝液中，使其产生高温电弧促进碳的溶解及与钛、铝的反应。

实施例1：

1)500-550目碳粉和300-350目钛粉按照1.5%：15%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为5mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为36v电流为25a的交流电源上，加入到750℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)如图1、图2所示，对制备得到的al-ti-c中间合金分析，发现长条物质tial3尺寸长度为30μm，宽度为10μm，发亮的小颗粒tic，其尺寸为1μm。

实施例2：

1)550-600目碳粉和350-400目钛粉按照2%：18%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为6mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为26v电流为50a的交流电源上，加入到800℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，发现长条物质tial3尺寸长度为40μm，宽度为15μm，发亮的小颗粒tic，其尺寸为1μm。

实施例3：

1)600-650目碳粉和400-450目钛粉按照2.5%：21%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为7mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为16v电流为75a的交流电源上，加入到850℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，发现长条物质tial3尺寸长度为60μm，宽度为20μm，发亮的小颗粒tic，其尺寸为1.5μm。

实施例4：

1)650-700目碳粉和450-500目钛粉按照3%：24%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为8mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为36v电流为100a的交流电源上，加入到900℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，发现长条物质tial3尺寸长度为80μm，宽度为30μm，发亮的小颗粒tic，其尺寸为1.5μm。

实施例5：

1)700-750目碳粉和300-350目钛粉按照3.5%：27%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为9mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为26v电流为25a的交流电源上，加入到950℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，只出现了发现长条物质tial3，尺寸长度为20μm，宽度为10μm。

实施例6：

1)750-800目碳粉和350-400目钛粉按照4%：30%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为10mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为16v电流为50a的交流电源上，加入到750℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，发现长条物质tial3尺寸长度为40μm，宽度为10μm，发亮的小颗粒tic，其尺寸为1μm。

实施例7：

1)800-850目碳粉和400-450目钛粉按照5%：18%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为11mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为26v电流为75a的交流电源上，加入到800℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，发现长条物质tial3尺寸长度为100μm，宽度为25μm，发亮的小颗粒tic，其尺寸为1μm。

实施例8：

1)850-900目碳粉和450-500目钛粉按照5%：18%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为12mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为26v电流为100a的交流电源上，加入到850℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，只出现的tic，出现的原因是因为tic相生成比tial3相所需温度要高。当电流过大时，造成电弧温度过高，c和ti反应生成了较多的tic。发亮的小颗粒tic发生聚集现象，其尺寸为1-3μm。

实施例9：

1)950-1000目碳粉和300-350目钛粉按照5.5%：21%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为13mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为16v电流为25a的交流电源上，加入到900℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，只出现了发现长条物质tial3，尺寸长度为40μm，宽度为15μm。

实施例10：

1)1050-1100目碳粉和350-400目钛粉按照1.5%：24%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为14mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为36v电流为50a的交流电源上，加入到950℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，发现长条物质tial3尺寸长度为150μm，宽度为40μm，发亮的小颗粒tic，其尺寸为2μm。

实施例11：

1)1150-1200目碳粉和400-450目钛粉按照2%：27%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为15mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为26v电流为75a的交流电源上，加入到750℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，发现长条物质tial3尺寸长度为50μm，宽度为15μm，发亮的小颗粒tic，其尺寸为1μm。

实施例12：

1)1050-1100目碳粉和450-500目钛粉按照2.5%：30%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为10mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为16v电流为100a的交流电源上，加入到800℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，只出现的tic，发亮的小颗粒tic发生聚集现象，其尺寸为1-3μm。

实施例13：

1)1150-1200目碳粉和450-500目钛粉按照3%：15%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为11mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为36v电流为50a的交流电源上，加入到850℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，发现长条物质tial3尺寸长度为100μm，宽度为30μm，发亮的小颗粒tic，其尺寸为1μm。

实施例14：

1)950-1000目碳粉和300-350目钛粉按照3.5%：18%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为12mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为16v电流为75a的交流电源上，加入到750℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，发现长条物质tial3尺寸长度为80μm，宽度为20μm，发亮的小颗粒tic，其尺寸为1μm。

实施例15：

1)1050-1100目碳粉和350-400目钛粉按照4%：21%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为13mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为36v电流为100a的交流电源上，加入到800℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，只出现的tic，发亮的小颗粒tic发生聚集现象，其尺寸为1-3μm。

实施例16：

1)1150-1200目碳粉和400-450目钛粉按照4%：21%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为14mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为26v电流为125a的交流电源上，加入到850℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，什么物质都没有出现。

实施例17：

1)1050-1100目碳粉和450-500目钛粉按照5%：27%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为15mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为16v电流为25a的交流电源上，加入到900℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，只出现了发现长条物质tial3，尺寸长度为40μm，宽度为10μm。

实施例18：

1)1150-1200目碳粉和300-350目钛粉按照5.5%：30%的比例加入到铝管中，其余为铝，连铸成直径为16mm的线坯；

2)连续的线坯做负极和石墨棒做正极，分别连接到电压为36v电流为50a的交流电源上，加入到950℃熔化的纯铝中；

3)反应一段时间，接着在机架的线材机上轧制成成品线材；

4)对制备得到的al-ti-c中间合金分析，发现长条物质tial3尺寸长度为40μm，宽度为15μm，发亮的小颗粒tic，其尺寸为1μm。