一种镁铝尖晶石的新用途的制作方法

文档序号:15457721发布日期:2018-09-15 01:37

本发明属于铝及其合金材料的晶粒细化技术领域,尤其涉及一种镁铝尖晶石(MgAl2O4)的新用途。



背景技术:
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目前,细化金属材料晶粒的方法主要有半固态搅拌法、高能超声、电磁搅拌、快速凝固、电脉冲处理及变质处理等;其中前五种方法受生产规模及工艺条件的限制而未能在实际生产中大规模应用;而变质处理方法由于基本上不改变原有生产工艺,生产规模也不受限制,因而获得了广阔的应用。

变质处理就是向金属液体中加入变质剂(又称为孕育剂或形核剂),在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发形核核心,从而细化晶粒、改善组织,达到提高材料性能的目的。目前常用的铝及其合金变质剂有铝硼、铝钛、铝钛硼、铝钛碳、铝稀土等变质剂。其中,应用最广的为铝钛硼变质剂,其能细化晶粒的原因是铝与Ti反应生成TiAl3化合物,与B反应生成TiB2化合物;TiAl3与Al有良好的共格关系,达到发生包晶反应条件时,产生的α-Al就在TiAl3颗粒表面形核,使附着在TiAl3表面的铝包层停止长大,阻碍晶体的生长达到细化作用,同时在溶质元素足够的情况下,α-Al容易在TiB2(0001)基面成为形核核心,然后通过增大α-Al熔体界面的曲率进一步向外生长。

但是,铝钛硼中的TiB2粒子易在流槽的熔体中集聚沉淀,不但会减弱铝钛硼变质剂的细化效果,而且沉淀的TiB2粒子硬质点还会影响后续产品的加工性能和表面质量;再者,当铝合金中含有Zr、Mn、Cr和V等元素时,会“夺取”TiB2粒子中的B原子,生成相应的硼化物,使TiB2粒子发生“中毒”现象,从而减弱铝钛硼变质剂细化效果。所以开发新型高性能铝及其合金的变质剂仍是该领域的重要研究内容。

镁铝尖晶石(MgAl2O4)是一种熔点高、热膨胀系数小、热导率低、抗热震性好、抗碱侵蚀能力强的材料,主要应用于钢包内衬、平炉炉顶、水泥回转窑烧成带衬砖等。镁铝尖晶石单晶体是一种高熔点、高硬度的晶体材料。在10GHz以上的微波段上,镁铝尖晶石单晶的声衰减比蓝宝石或石英低得多,可作为介质制作微波声体波器件。镁铝尖晶石还具有优良的电绝缘性,且与Si的匹配性能好,其线膨胀系数与Si相近,因而其外延Si形成膜的形变小,是一种重要的集成电路衬底材料。

MgAl2O4具有面心立方晶格结构,晶格常数为0.8126nm,虽与α-Al的晶格常数0.4056nm相差较大,但MgAl2O4与α-Al在(111)晶面沿[110]晶面的错配度为1.4%,比Al/TiB2的错配度4.22%要小的多,符合α-Al异质形核核心的要求。因此,合理控制其制备和变质工艺发挥MgAl2O4细化α-Al的作用,可实现细化铝及其合金晶粒。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种MgAl2O4作为变质剂的新用途,并对铝及其合金的组织进行细化处理。

为了实现上述目的,本发明将含有或可以生成MgAl2O4的物质用作变质剂对铝及其合金的组织进行细化处理。

本发明所述MgAl2O4作为变质剂的方式包括:一是将含有MgAl2O4的物质作为变质剂;二是将含有Mg或MgO的物质及其合金进行原位反应生成MgAl2O4作为变质剂。

本发明采用MgAl2O4作为变质剂对铝及其合金的组织进行细化处理的具体过程为:将MgAl2O4的单体或含有MgAl2O4的物质与铝粉混合均匀后,通过压片制成中间体的形式或直接将混合粉末以中间合金的形式作为变质剂加入到熔体中细化铝及其合金。

本发明将含有Mg或MgO的物质在铝及其合金中进行原位反应生成MgAl2O4作为变质剂对铝及其合金的组织进行细化处理的具体过程为:将含有Mg或MgO的物质与铝粉混合均匀后,通过压片制成中间体的形式直接加入到熔体中细化铝及其合金。

本发明与现有技术相比,以化学成分和结构稳定的MgAl2O4作为铝及其合金的变质剂,操作安全,环境友好,成本低廉,变质处理后晶粒细化效果好,力学性能优良,可细化达到40微米左右,形貌以等轴晶为主,变质细化后的铝及其合金浇铸件切削加工性能好。

附图说明:

图1为本发明实施例1未变质处理的8079合金的金相组织图。

图2为本发明实施例1MgAl2O4变质处理的8079铝合金的金相组织图。

图3为本发明实施例2MgO原位生成MgAl2O4变质处理的8079铝合金的金相组织图。

具体实施方式:

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步详细描述。

本实施例将含有或可以生成MgAl2O4的物质用作变质剂对铝及其合金的组织进行细化处理。

本实施例所述MgAl2O4作为变质剂的方式包括:一是将含有MgAl2O4的物质作为变质剂;二是将含有Mg或MgO的物质及其合金进行原位反应生成MgAl2O4作为变质剂。

本实施例采用MgAl2O4作为变质剂对铝及其合金的组织进行细化处理的具体过程为:将MgAl2O4的单体或含有MgAl2O4的物质与铝粉混合均匀后,通过压片制成中间体的形式或直接将混合粉末以中间合金的形式作为变质剂加入到熔体中细化铝及其合金。

本实施例将含有Mg或MgO的物质在铝及其合金中进行原位反应生成MgAl2O4作为变质剂对铝及其合金的组织进行细化处理的具体过程为:将含有Mg或MgO的物质与铝粉混合均匀后,通过压片制成中间体的形式直接加入到熔体中细化铝及其合金。

实施例1:

本实施例先将8079合金熔化成液体,在熔炼炉中过热到750℃,保温15分钟后扒去浮渣得到熔体,再降温至725℃,将纯度>99.9%的MgAl2O4粉末按重量比0.2%加到熔体中搅拌1min,静置变质10min后,将熔体温度降至689℃,保温10min后将熔体浇铸到预热至250℃的石墨坩埚中;经MgAl2O4变质处理后,8079铝合金中的晶粒得到了显著的细化,图1和图2分别是未变质和MgAl2O4变质处理的8079合金的金相组织,从图中可以看出,变质后的8079铝合金中晶粒尺寸大约40微米,主要以等轴晶存在。

实施例2:

本实施例先将纯铝熔化成液体,在熔炼炉中过热到950℃,将MgO加入其中,保温3个小时,随后降至室温,作为变质剂放在250℃的保温炉中预热备用。将8079合金熔化成液体,在熔炼炉中过热到750℃,保温15分钟后扒去浮渣得到熔体,再降温至725℃,将预热的变质剂加到熔体中搅拌1min,静置变质10min后,将熔体温度降至689℃,保温10min后将熔体浇铸到预热至250℃的石墨坩埚中;经变质处理后,8079铝合金中的晶粒得到了显著的细化。图1和图3未变质和经变质处理的8079合金的金相组织,从图中可以看出,变质后的8079铝合金中晶粒得到细化。

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