一种铝合金细化剂、其制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝合金熔炼领域，具体地涉及一种铝合金细化剂、其制备方法及应用。
【背景技术】
[0002] A356. 2铝合金具有流动性好，无热裂倾向，线收缩小，比重小，耐蚀性好等优良特 性，是汽车轮毂的主要使用材料。然而，未细化变质的A356. 2铝合金的铸态组织为粗大片 状或针状共晶硅和a-Al枝晶组织，力学性能较低。因此，必须添加变质元素及晶粒细化元 素，使共晶硅形态由粗大的片状或针状转变为细小的球状或棒状，同时使a-Al晶粒得到 细化，才能提高A356. 2合金的使用性能，扩展其应用范围。目前，工业生产中A356. 2铝合 金常用的细化剂有Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti-B-C等。
[0003] 在先技术，CN102886511A公开了一种制备Al-Ti-C晶粒细化剂的方法。所述细化 剂由TiC加入铝液中制得。涉及到的TiC为纳米颗粒，材料成本高，制备工艺复杂。且需要 使用氩气或氮气将该纳米粉末分散到熔体中，加大了工艺的复杂程度和整个工艺的周期， 不易控制，不利于产业化生产。
[0004] 在先技术，CN103667759A公开了一种Al-Mg-Si系合金a -Al晶粒细化剂及其制 备方法。该方法需将Ti、Bi、Cr三种粉末混合后研磨至200-400目，加大了工艺时长。且粉 末需用铝箔紧密包裹后，在200-25(TC下烘烤30min后方可使用，增加了工艺复杂程度，不 利于产业化生产。
[0005] 在先技术，CN103589916A公开了一种快速凝固Al-Ti-B-Sc中间合金细化剂及其 制备方法。该细化剂为晶态材料，其显微组织由a -Al及尺度为微米级的TiAl3、TiB2、AlB2 和Al3Sc晶体相组成，微米级的析出相提供有限的形核质点，限制了元素的细化效果。
[0006] 综上所述，现有技术中的铝合金细化剂要么成本较高难以广泛应用，要么使用步 骤和过程复杂，限制了其在生产上的应用。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明的目的是提供一种新型的铝合金细化剂，从而克服以上的各个问题。
[0008] 在本发明的一个方面，提供了一种细化处理铝合金的方法，所述的方法包括使用 含有锆基非晶合金的细化剂对铝合金进行细化处理；优选地，所述的铝合金是A356. 2铝合 金。
[0009] 在本发明一个优选的方面，所述的锆基非晶合金是不含Be，不含Fe，且Zr的原 子分数大于50%的错基非晶合金；优选地，所述的错基非晶合金选自Zr 65.5Cu22.4Al5. 6Ni6.5、 Zr52.5Ali〇Cu17.9Ni14. 6Ti5#Pl Zr 53Al14Cu19Ni10Y4〇
[0010] 在本发明一个优选的方面，所述的细化剂是将锆基非晶合金与铝粉混合并压制成 的圆柱块。
[0011] 在本发明一个优选的方面，锆基非晶合金与铝粉的质量比是（8~12):1 ;优选地， 其质量比是10:1。
[0012] 在本发明一个优选的方面，在铝合金的细化处理中，加入的锆基非晶圆柱试块按 重量计为铝合金的0. 16~0. 22%。
[0013] 在本发明一个优选的方面，所述的方法包括步骤：（1)测定锆基非晶合金的熔化 温度；（2)在比步骤（1)确定的熔化温度高20~30°C的温度下熔化铝合金；（3)将含有锆 基非晶合金的细化剂圆柱试块加入到铝合金的熔体中，并且机械搅拌60~150秒，并将合 金液静置5~12分钟，除渣之后进行浇铸。
[0014] 在本发明一个优选的方面，步骤（2)中的熔化温度是比步骤（1)中确定的锆基非 晶合金的熔化温度高20°C，且步骤（3)中机械搅拌时间为120秒，静置时间为10分钟。
[0015] 在本发明的另一个方面，提供了锆基非晶合金在细化处理铝合金中的用途， 其特征在于，所述的错基非晶合金选自 Zr65.5Cu22.4Al5. 6Ni6.5、Zr52.5Al 1(lCu17.9Ni14.6Ti；^Pl 14&19附 10Y4。
[0016] 在本发明的另一个方面，提供了按照前文所述的方法细化处理得到的铝合金。
[0017] 在本发明的另一个方面，提供了按照前文所述的方法细化处理得到的铝合金在制 造铝合金车轮中的应用。
[0018] 在本发明的其他方面，还提供了以下的技术方案：
[0019] 一种利用锆基非晶对A356. 2合金进行晶粒细化的方法，包括如下步骤：
[0020] 第一步，锆基非晶成分的选择。
[0021] 选择熔点l〇〇〇°C以内的锆基非晶成分，保证能耗较低，降低合金熔炼过程中的挥 发。选择不含Be等对人体有毒害作用的锆基非晶成分。选择不含Fe等对A356. 2合金性 能有害的锆基非晶成分。选择Zr原子含量大于50%的锆基非晶成分，保证细化剂的高效作 用。所选锆基非晶可以是 Zr65.5Cu22.4Al5. 6Ni6.5、Zr52.5Al 1(lCu17.9Ni14.6Ti 5、Zr53Al14Cu19NiltlY 4等 成分中的一种。
[0022] 第二步，锆基非晶细化剂的制备。
[0023] 按照上述成分选择原则，选择一种纯度不低于99. 99%、厚10 μπκ宽I. 5mm的商业 锆基非晶条带（购置于安泰科技股份有限公司）。将非晶条带与工业铝粉（纯度99. 9%， 100目，铝粉的加入可加快熔解速率）以质量比（8~12) : 1进行混合，并利用压块机将混合 物在800MPa压力下压制5秒，制成φ 10 mm X 5 mm的圆柱形试块，以方便取用。
[0024] 第三步，铝合金熔炼温度的确定及熔炼过程。
[0025] 根据所选锆基非晶的差示扫描量热仪（DSC)检测结果，分析锆基非晶的熔化温 度，从而确定A356. 2合金的熔炼温度，使得A356. 2合金熔炼温度比锆基非晶的熔化温度高 20~40°C，保证非晶合金加入A356. 2铝合金后能够顺利熔解。待A356. 2合金熔化后，取 质量分数〇. 16~0. 22%的锆基非晶圆柱试块加入到A356. 2铝合金液中，机械搅拌60~ 150s使其充分熔解并分散均匀，将合金液静置5~12min，除渣后进行浇铸。
[0026] 本发明的有益效果是：本发明中用于细化A356. 2合金的锆基合金为非晶态合金， 具有成分均匀的特点，其加入到铝合金液后析出大量纳米级颗粒相，这些纳米析出相作为 异质形核核心，均匀分散在铝液中。细化处理后A356. 2合金中a-Al晶粒尺寸比传统细化 剂处理的铝合金显著减小，细化效果更好。
[0027] 与现有技术相比，本发明的显著进步如下：
[0028] (1)本发明专利所述细化剂的制备过程简单，只需将商购条带与铝粉混合并压制 成块即可使用，工时短，生产率高。
[0029] (2)本发明专利细化剂选用的是对A356. 2合金细化能力强的含锆合金，且为非晶 态，其加入熔体后元素分布比传统合金更加均匀，析出相为纳米相，大大增加了异质形核质 点数量，改善了铝合金的晶粒细化效果。
【附图说明】
[0030] 以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
[0031] 图1为实施例1中Zr65.5Cu22. 4Al5.6Ni6.5非晶的X射线衍射曲线；
[0032] 图2为实施例1中Zr65.5Cu22. 4Al5.6Ni6.5非晶的差示扫描量热曲线；
[0033] 图3为A356. 2合金热处理后的显微组织；
[0034] 图4为传统Al-Ti-B细化剂处理后的A356. 2合金再经热处理后的显微组织；
[0035] 图5为21*65.5(：1122.，15. 6附6.5非晶处理后的4356.2合金再经热处理后的显微组织。
【具体实施方式】
[0036] 实施例1
[0037] 第一步，锆基非晶成分的选择。
[0038] 选择熔点KKKTC以内的锆基非晶成分，保证能耗较低，降低合金熔炼过程中的挥 发。选择不含Be等对人体有毒害作用的锆基非晶成分。选择不含Fe等对A356. 2合金性 能有害的锆基非晶成分。选择Zr原子含量大于50%的锆基非晶成分，保证细化剂的高效作 用。本实施例选用Zr 65.5Cu22.4Al5. 6Ni6.5非晶成分。
[0039] 第二步，锆基非晶细化剂的制备。
[0040] 按照上述成分选择原则，选择纯度不低于99. 99 %、厚10 μπκ宽I. 5mm的商业 Zr65.5Cu22.4Al5. 6Ni6.5非晶条带（购置于安泰科技股份有限公司）。如图1所示，合金X射线衍 射（XRD)曲线显示出典型的漫散射峰，无尖锐的晶态峰出现，证实该合金确实为非晶合金。 将非晶条带与工业铝粉（纯度99. 9%，100目，铝粉的加入可加快熔解速率）以质量比10:1 进行混合，并利用压块机将混合物在800MPa压力下压制5秒，制成φ?ο mm X 5 mm的圆 柱形试块，以方便取用。
[0041] 第三步，铝合金熔炼温度的确定及熔炼过程。
[0042] 根据所选Zr65.5Cu22. 4Al5.6Ni6.5非晶的差示扫描量热仪（DSC)检测结果，分析该锆基 非晶的熔化温度在918°C左右（放热峰曲线切线交点对应的温度），从而确定A356. 2合金 的熔炼温度，使得A356. 2合金熔炼温度比锆基非晶的熔化温度高20°C，最终确定铝合金熔 炼温度为940°C，保证非晶合金加入A356. 2铝合金后能够顺利熔解。待A356. 2合金熔化 后，取质量分数〇. 18%的锆基非晶圆柱试块加入到A356. 2铝合金液中，机械搅拌120s使其 充分熔解并分散均匀，将合金液静置l〇min，除渣后进行浇铸。
[0043] 图 3 所示为 A356. 2 铝合金（6. 81% Si, 0· 35% Mg, 0· 06% Fe, 0· 10% Ti, 0· 021% Sr，0.0007%B，余量A1，购自滨州盟威联信新材料有限公司）热处理后的金相显微组织， 热处理工艺为540°C X2h+150°C X12h。由图3可见，A356. 2铝合金热处理后α-Al晶 粒较粗大，其平均晶粒尺寸为134.6ym。合金抗拉强度为229MPa，屈服强度为146MPa，延 伸率为7. 8 %。图4所示为A356. 2铝合