专利名称：一种铝及铝合金用铝钛硼晶粒细化剂的制作方法
技术领域：
本发明属于精炼铝的技术领域，即提供一种铝和铝合金熔铸用的晶粒细化剂或变质剂。它是国内外广泛使用的AlTiB中间合金的继续和发展。
七十年代以来，在精炼铝和铝合金方面做了大量研究工作，研制的晶粒细化剂可以使铝及铝合金的铸造晶粒得到明显细化。现广泛使用的晶粒细化剂主要分为以下三种类型第一种是以铝为载体的AlTiB中间合金(如美国专利3857705)，它是通过向铝熔体中添加Ti和B中间合金。AlTiB中间合金以铝为基体，其中分布着块状TiAl3相及颗粒状的TiAl3相和TiB2(见
图1)，AlTiB晶粒细化剂的使用性能主要取决于TiAl3和TiB2相在其中存在的形态，尺寸和分布均匀性，一般要求TiAl3相呈块状，其尺寸小于40μm，TiAl3相和TiB2相颗粒呈均匀分布。第二种是TiB类中间合金，如(英国专利1413848)它是用颗粒状金属钛与复合物盐混合一起压实而制取的块状晶粒细化剂，TiB型晶粒细化剂其作用机理在于进入铝熔池中的Ti和B在其中发生化学作用而形成TiAl3相和TiB2相变质颗粒，这种Ti-B型晶粒细化剂的缺点在于TiAl3相和TiB2相变质颗粒的形状和尺寸难以控制。为克服上述问题，研制出第三种类型的晶粒细化剂，即金属间化合物粉状TiAlB晶粒细化剂，其TiAl3相颗粒的形块得到了理想的控制，这种TiAlB型晶粒细化剂具有抗时效寿命长，细化效果好，用量少的优点，不过它的响应时间长，且不能在流槽中加入，其应用范围受到一定的限制。
本发明的目的是提供一种实用高效的铝合金晶粒细化剂，即纳米级异质晶核的TiAlB晶粒细化剂。
本发明所提供的纳米级异质晶核的TiAlB晶粒细化剂，其特征在于它所提供的异质晶核为纳米量级，与异质形核的临界晶核尺寸相当；TiAlB中间合金中TiAl3相和TiB2相颗粒均匀弥散地分布在铝基体中，其尺寸在10-1000nm之间。
为了使铝及铝合金能达到最佳的晶粒细化效果，且满足工业上的不同需求，其主要合金元素Ti和B的含量应为Ti2-10％(wt)，B0.2-1.5％(wt)，Ti/B比例范围应控制在3∶1至50∶1之间。
铝合金细化机理在于铝熔池中存在着TiAl3和TiB2两个关键性的相，这两种化合物相相结合构成了铝合金最主要的异质晶核。根据异质形核理论，做为结晶的异质晶核其临界尺寸应为纳米量级，因此可以认为传统的铝合金晶粒细化剂均米能充分发挥其晶粒细化的功效本发明所提供的纳米级异质晶核的TiAlB晶粒细化剂具有下述优点1这种TiAlB中间合金中TiAl3相颗粒的尺寸明显变小，一般在10-1000nm之间，与异质形核的临界晶核尺寸相当。因而这种纳米级异质晶核的TiAlB晶粒细化剂具有Ti和B总用量低，细化效果好和响应时间短的优点。
2这种TiAlB中间合金中TiAl3相和TiB2相颗粒呈均匀弥散的分布，进铝熔池后，它们亦将形成均匀分布，这样避免了TiB2相颗粒因聚集而产生沉淀，促进了晶粒细化的均匀性，延长了抗时效寿命。
3这种TiAlB晶粒细化剂因其所提供的异质晶核为纳米量级，它可以满足象轧制超薄铝箔等特殊铝工业细化晶粒的要求。
4本发明产品类型多样化，可以是粉剂，碎片状，条带和丝树材以及块状，可以根据工业上的不同需要进行选择，因此使用方便，简捷。
附图1.传统Al-Ti-B丝背散射照片(a)×175，(b)×1000附图2.纳米级Al-2Ti-0.5B晶粒细剂背散射照片×1000附图3.纳米级Al-3Ti-1B晶粒细剂背散射照片×1000附图4.纳米级Al-5Ti-1B晶粒细剂背散射照片×1000实例例1晶粒细化剂成份为Al-2Ti-0.5B(wt％)，TiAl3相TiB2相颗粒尺寸在100mm左右，如图2所示在Al基体中分布均匀。
用马福炉将1.0公斤99.7％纯铝在石墨坩埚中熔化至740℃，3小时后取出扒渣，将制备的碎片状TiAlB晶粒细化剂用钟罩压入铝熔池中并搅拌，添加量为0.5kg/T和1kg/T，扒渣后浇铸试样，将剩余铝液放入炉中720℃保温5分，10分，60分，分别取样，将取得的铸样沿中心线纵向剖开，经低倍组织检验，其晶粒度均达到1级，且添加量1kg/T的晶粒细化效果略优于添加量0.5kg/T的细化效果，不同保温时间对晶粒度影响不大。
实施例2晶粒细化剂成份为Al-3Ti-1B(wt％)，TiAl3，TiB2相颗粒尺寸在100nm左右，呈较多且分布均匀。见图(3)与实施例1方法相同，将制备的块状晶粒细化剂以0.5kg/T和1kg/T的添加量加入，在720℃分别取保温5分，10分和60分钟的铸样，经低倍组织检验，其晶粒度均达到1级，且块状细化剂的细化效果略优于碎片状细化剂的细化效果。
实施例3晶粒细化剂成份为Al-5Ti-1B(wt％)，TiAl3TiB2相颗粒尺寸在100nm左右，量较前两例更多且分布均匀。见图(4)用铝熔化炉将8吨99.7％纯铝熔化，经打渣精炼，调整温度约在740℃，进行连铸连轧铝板。将制备的粉状晶粒细化剂在流槽中以0.5-1kg/T的添加量连续加入，在每卷铝板的头和尾部分别切取试样。经低倍组织检验，其晶粒度均达到1级。
权利要求
1.一种铝及铝合金用铝钛硼晶粒细化剂，其特征在于它所提供的异质晶核为纳米量级，与异质形核的临界晶核尺寸相当；TiAIB中间合金中TiAl3相和TiB2相颗粒均匀弥散地分布在铝基体中，其尺寸在10-1000nm之间。
2.按权利要求1所述铝及铝合金用铝钛硼晶粒细化剂，其特征在于主要合金元素Ti和B的含量应为Ti2-10％(wt)，B0.2-1.5％(wt)，Ti/B比例范围应控制在3∶1至50∶1之间。
全文摘要
一种铝及铝合金用纳米级异质晶核的AlTiB晶粒细化剂，其特征在于它所提供的异质晶核为纳米量级，与异质形核的临界晶核尺寸相当，TiAl
文档编号C22C21/00GK1145413SQ95111990
公开日1997年3月19日 申请日期1995年9月13日 优先权日1995年9月13日
发明者李 东, 崔玉友 申请人:中国科学院金属研究所