本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种al-ti-c-y复合晶粒细化剂、合金及其制备方法。
背景技术：
a1-ti-c中间合金因含有tic粒子，存在较少的与al-ti-b细化剂有关的缺陷与不足，被认为是最有发展前途的铝用晶粒细化剂。但al-ti-c合金在制备过程中存在的关键问题是碳源与铝液的润湿性较差，tic生成困难。
添加晶粒细化剂不仅可以细化铸态晶粒，细化枝晶组织，还能够减少疏松，降低热裂倾向，减少铸造缺陷，提高后续的加工性能。近年来随着对铝合金细化剂的研究，已开发出al-ti-c晶粒细化剂。al-ti-c晶粒细化剂中的tic粒子因尺寸小，不易聚集，分布均匀，并且与al具有很好的共格性等优点，而受到广泛关注。但由于c在al中的润湿性较差，制备十分困难，通过强烈搅拌或者高温反应制备al-ti-c晶粒细化剂，制备成本较高，限制了al-ti-c晶粒细化剂的广泛应用。
亚共晶al-si合金具有密度小、优异的铸造性能等优点，广泛应用于航空航天、汽车、摩托车以及其它运载工具上。亚共晶al-si合金组织中主要有初生α-al相和共晶si，其中α-al相呈粗大的枝晶状，共晶si相以粗大的针状或者板条状析出，存在对基体的割裂作用，严重的影响了合金的力学性能，致使al-si系合金的力学性能特别是延伸率不高，韧性不够好。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种al-ti-c-y复合晶粒细化剂，旨在用于工业纯铝细化作用，解决现有细化剂细化效果差、合金力学性能不好等问题。
本发明的再一目的在于提供一种包括上述al-ti-c-y复合晶粒细化剂的合金。
本发明的另一目的在于提供上述合金的制备方法。
本发明是这样实现的，一种al-ti-c-y复合晶粒细化剂，该细化剂由基本料和y2o3粉熔融制备而成；其中，所述基本料包括按质量比为5：（1.5~2.5）：（0.8~1.2）的铝粉、钛粉、碳粉；所述y2o3粉的质量为主料的0.5~6%。
优选地，所述铝粉、钛粉以及石墨粉的质量比为5：2：1。
优选地，所述y2o3粉的质量为主料的1%。
本发明进一步提供了一种al-ti-c-y合金，该合金包括原料铝以及al-ti-c-y复合晶粒细化剂；其中，所述细化剂的质量为原料铝的0.1~0.4%；其中，该细化剂由基本料和y2o3粉熔融制备而成；其中，所述基本料包括按质量比为5：（1.5~2.5）：（0.8~1.2）的铝粉、钛粉、碳粉；所述y2o3粉的质量为主料的0.5~6%。
优选地，述铝粉、钛粉以及石墨粉的质量比为5：2：1。
优选地，所述y2o3粉的质量为主料的1%
优选地，所述细化剂的质量为原料铝的0.3%。
本发明进一步公开了一种al-ti-c-y合金的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）将y2o3粉以及主料混合后机械球磨2小时，将粉末压制成圆柱形预制块；其中，所述主料包括按质量比为5：（1.5~2.5）：（0.8~1.2）的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述y2o3粉的质量为主料的0.5~6%；
（2）在石墨坩埚中先熔化好原料铝，升温至800℃时将步骤（1）所得到的预制块压入铝液中，预制块的质量为原料铝的0.1~0.4%，保温5~20min，扒渣后浇注到金属模具，得到al-ti-c-y合金。
优选地，在步骤（1）中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述y2o3粉的质量为主料的1%；
在步骤（2）中，预制块的质量为原料铝的0.3%，所述保温时间为10min。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的al-ti-c-y细化剂的制备简单、能耗低、不产生环境污染；
（2）本发明通过添加y2o3粉制备出了性能优于al-ti-c的al-ti-c-y细化剂，该al-ti-c-y细化剂不仅对初生α-al相具有细化作用，而且对共晶si也具有良好的变质效果。与纯单质稀土y及al-ti-c中间合金相比，对亚共晶al-si的细化及强化效果明显，且操作简单，成本低。
附图说明
图1是添加量为0.1%的y2o3粉制备的al-ti-c-y复合晶粒细化剂3的xrd图谱；
图2是添加量为0.1%的y2o3粉制备的al-ti-c-y复合晶粒细化剂3的sem图谱；
图3是图2中a点的eds图谱分析结果；
图4是图2中b点的eds图谱分析结果；
图5是添加不同含量的y2o3粉制备的al-ti-c-y细化剂细化纯铝的显微组织图；
图6是不同al-ti-c-y复合晶粒细化剂3添加量对纯铝细化宏观组织图；
图7是al-ti-c-y复合晶粒细化剂3经过不同保温时间时对纯铝的细化结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
（1）将y2o3粉以及主料混合后机械球磨2小时，将粉末压制成圆柱形预制块，得到al-ti-c-y复合晶粒细化剂1；其中，所述主料包括按质量比为5：1.5：0.8的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述y2o3粉的质量为主料的0.5%；
（2）在石墨坩埚中先熔化好原料铝，升温至800℃时将步骤（1）所得到的预制块压入铝液中，预制块的质量为原料铝的0.1%，保温5min，扒渣后浇注到金属模具，得到al-ti-c-y合金1。
实施例2
（1）将y2o3粉以及主料混合后机械球磨2小时，将粉末压制成圆柱形预制块，得到al-ti-c-y复合晶粒细化剂2；其中，所述主料包括按质量比为5：2.5：1.2的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述y2o3粉的质量为主料的6%；
（2）在石墨坩埚中先熔化好原料铝，升温至800℃时将步骤（1）所得到的预制块压入铝液中，预制块的质量为原料铝的0.4%，保温20min，扒渣后浇注到金属模具，得到al-ti-c-y合金2。
实施例3
（1）将y2o3粉以及主料混合后机械球磨2小时，将粉末压制成圆柱形预制块，得到al-ti-c-y复合晶粒细化剂3；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述y2o3粉的质量为主料的1%；
（2）在石墨坩埚中先熔化好原料铝，升温至800℃时将步骤（1）所得到的预制块压入铝液中，预制块的质量为原料铝的0.3%，保温10min，扒渣后浇注到金属模具，得到al-ti-c-y合金3。
实施例4
（1）将y2o3粉以及主料混合后机械球磨2小时，将粉末压制成圆柱形预制块，得到al-ti-c-y复合晶粒细化剂4；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述y2o3粉的质量为主料的0.5%；
（2）在石墨坩埚中先熔化好原料铝，升温至800℃时将步骤（1）所得到的预制块压入铝液中，预制块的质量为原料铝的0.3%，保温10min，扒渣后浇注到金属模具，得到al-ti-c-y合金4。
实施例5
（1）将y2o3粉以及主料混合后机械球磨2小时，将粉末压制成圆柱形预制块，得到al-ti-c-y复合晶粒细化剂5；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述y2o3粉的质量为主料的2%；
（2）在石墨坩埚中先熔化好原料铝，升温至800℃时将步骤（1）所得到的预制块压入铝液中，预制块的质量为原料铝的0.3%，保温10min，扒渣后浇注到金属模具，得到al-ti-c-y合金5。
实施例6
（1）将y2o3粉以及主料混合后机械球磨2小时，将粉末压制成圆柱形预制块，得到al-ti-c-y复合晶粒细化剂6；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述y2o3粉的质量为主料的1%；
（2）在石墨坩埚中先熔化好原料铝，升温至800℃时将步骤（1）所得到的预制块压入铝液中，预制块的质量为原料铝的0.2%，保温10min，扒渣后浇注到金属模具，得到al-ti-c-y合金6。
实施例7
（1）将y2o3粉以及主料混合后机械球磨2小时，将粉末压制成圆柱形预制块，得到al-ti-c-y复合晶粒细化剂7；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述y2o3粉的质量为主料的1%；
（2）在石墨坩埚中先熔化好原料铝，升温至800℃时将步骤（1）所得到的预制块压入铝液中，预制块的质量为原料铝的0.4%，保温10min，扒渣后浇注到金属模具，得到al-ti-c-y合金7。
实施例8
（1）将y2o3粉以及主料混合后机械球磨2小时，将粉末压制成圆柱形预制块，得到al-ti-c-y复合晶粒细化剂8；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述y2o3粉的质量为主料的1%；
（2）在石墨坩埚中先熔化好原料铝，升温至800℃时将步骤（1）所得到的预制块压入铝液中，预制块的质量为原料铝的0.3%，保温5min，扒渣后浇注到金属模具，得到al-ti-c-y合金8。
实施例9
（1）将y2o3粉以及主料混合后机械球磨2小时，将粉末压制成圆柱形预制块，得到al-ti-c-y复合晶粒细化剂9；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉，所述y2o3粉的质量为主料的1%；
（2）在石墨坩埚中先熔化好原料铝，升温至800℃时将步骤（1）所得到的预制块压入铝液中，预制块的质量为原料铝的0.3%，保温30min，扒渣后浇注到金属模具，得到al-ti-c-y合金9。
对比实施例1
（1）将主料混合后机械球磨2小时，将粉末压制成圆柱形预制块，得到，得到al-ti-c晶粒细化剂1；其中，所述主料包括按质量比为5：2：1的铝粉、钛粉以及石墨粉；
（2）在石墨坩埚中先熔化好原料铝，升温至800℃时将步骤（1）所得到的预制块压入铝液中，预制块的质量为原料铝的0.3%，保温10min，扒渣后浇注到金属模具，得到al-ti-c合金1。
效果实施例1
将上述实施例3中得到的al-ti-c-y复合晶粒细化剂3经过粗磨、细磨、电解抛光之后采用x射线衍射仪（xrd）分析其相组成，并采用带有能谱仪（eds）的扫描电镜（sem）观察显微组织，结果如图1~4所示。
图1为al-ti-c-y复合晶粒细化剂3（y2o3添加量为1%）的xrd图谱分析，可以分析出铝，还检测出al3ti相，al3y相。图2中可以看出来，y2o3的添加量为1%制备的al-ti-c-y复合晶粒细化剂3中可以看到比较的小颗粒状物质，根据以往经验以及后面图3和图4采用的sem分析可以知道，这就是tic相，还有比较大一些的块状条状的物质，也可以知道这是tial3相。
图2为图2中的点a、点b的能谱分析图，由能谱图3中al的摩尔质量数分数为75.6%，ti元素的摩尔质量分数为24.4%，铝和钛的摩尔质量比接近3：1，所以可以分析出图2中a点所在大块物质为tial3相，由能谱图4图中，al元素的摩尔质量分数为55.0%，c元素的摩尔质量分数为28.3%，ti元素的摩尔质量分数为16.7%，碳元素和钛元素的摩尔质量比接近1：1，所以可以分析出图2中b点所在的小颗粒物质为tic。
效果实施例2
以工业纯铝为对照，对上述对比实施例1中得到的al-ti-c合金1、实施例3中得到的al-ti-c-y合金3、实施例4中得到的al-ti-c-y合金4、实施例5中得到的al-ti-c-y合金5利用混合酸（75mlhcl、25mlhno3、5mlhf）腐蚀，观察宏观组织，并比较细化效果，结果如图5所示。图5是添加不同含量的y2o3粉制备的al-ti-c-y细化剂细化纯铝的显微组织图，其中，图5（a）是纯铝的宏观组织图，图5（b）为al-ti-c合金1的宏观组织图，图5（c）为al-ti-c-y合金4的的宏观组织图，图5（d）为al-ti-c-y合金3的宏观组织图，图5（e）为al-ti-c-y合金5的宏观组织图。
从图5（a）中可以从图中看到粗大的晶粒，以及柱状晶；图5（b）中可以看到柱状晶，以及相对于添加了稀土氧化物y2o3，晶粒尺寸稍大；图5（c）中可以看到明显的柱状晶，以及（相对于纯铝）中间的细化后的晶粒，但是y2o3添加量0.5%的中间合金细化效果没有含量为1%的细化效果好；图5（d）中，明显看到了细化晶粒非常的小，未看到长的柱状晶，并且反应时没有明显的现象，也未起泡，与其他的y2o3添加量相比，此添加量细化效果最好；图5（e）细化晶粒尺寸大小仅次于图5（d），但能看到柱状晶。
因此，判断分析添加了稀土氧化物的细化效果好于未添加稀土氧化物的细化效果，并且当y2o3添加量为1%时，al-ti-c-y中间合金的细化效果最好。
效果实施例3
以工业纯铝为对照，对实施例3得到的合金3、实施例6中得到的合金6、实施例7中得到的合金7进行宏观组织照片观察，结果如图6所示，其中，图6（a）为工业纯铝的宏观组织图，图6（b）为合金6的宏观组织图，图6（c）为合金3的宏观组织图，图6（d）为合金7的宏观组织图。
图6（a）中，al-ti-c-y中间合金的添加量为0.1%，可以看到细小晶粒，还有柱状晶，细化效果不如图添加量为0.2%、0.3%、0.4%的图6（b）、图6（c）、图6（d）；图6（b）添加量0.2%，细化效果渐好，晶粒变小比图6（a），图6（c）的晶粒细化效果明显最好；从图6中可以看到在添加量为0.4%之前，随着al-ti-c-y中间合金的添加量增多，细化能力也在逐步增强，但在添加量为0.4%时，细化能力开始下降，晶粒变大。
效果实施例4
对实施例3中得到的合金3、实施例8中得到的合金8以及实施例9中得到的合金9进行宏观组织，如图7所示，其中，图7（a）为合金8的宏观组织图，图7（b）为合金3的宏观组织图，图7（c）为合金9的宏观组织图。
图7（a）与图7（b）相比，可以明显看出图7（b）的晶粒更细小，说明保温时间对于细化效果可以影响细化能力。但是从图7（c），图7（b）保温时间10分钟，并且当细化接触时间继续延长时，晶粒尺寸开始长大，但是长大不明显，说明该细化剂具有良好的抗晶粒细化衰退的性能。因此，同等情况下，可以分析出，al-ti-c-y中间合金保温时间为10分钟时，细化效果最好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。