專利名稱：一種鋁及鋁合金用鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精煉鋁的技術(shù)領(lǐng)域，即提供一種鋁和鋁合金熔鑄用的晶粒細(xì)化劑或變質(zhì)劑。它是國(guó)內(nèi)外廣泛使用的AlTiB中間合金的繼續(xù)和發(fā)展。
七十年代以來，在精煉鋁和鋁合金方面做了大量研究工作，研制的晶粒細(xì)化劑可以使鋁及鋁合金的鑄造晶粒得到明顯細(xì)化。現(xiàn)廣泛使用的晶粒細(xì)化劑主要分為以下三種類型第一種是以鋁為載體的AlTiB中間合金(如美國(guó)專利3857705)，它是通過向鋁熔體中添加Ti和B中間合金。AlTiB中間合金以鋁為基體，其中分布著塊狀TiAl3相及顆粒狀的TiAl3相和TiB2(見
圖1)，AlTiB晶粒細(xì)化劑的使用性能主要取決于TiAl3和TiB2相在其中存在的形態(tài)，尺寸和分布均勻性，一般要求TiAl3相呈塊狀，其尺寸小于40μm，TiAl3相和TiB2相顆粒呈均勻分布。第二種是TiB類中間合金，如(英國(guó)專利1413848)它是用顆粒狀金屬鈦與復(fù)合物鹽混合一起壓實(shí)而制取的塊狀晶粒細(xì)化劑，TiB型晶粒細(xì)化劑其作用機(jī)理在于進(jìn)入鋁熔池中的Ti和B在其中發(fā)生化學(xué)作用而形成TiAl3相和TiB2相變質(zhì)顆粒，這種Ti-B型晶粒細(xì)化劑的缺點(diǎn)在于TiAl3相和TiB2相變質(zhì)顆粒的形狀和尺寸難以控制。為克服上述問題，研制出第三種類型的晶粒細(xì)化劑，即金屬間化合物粉狀TiAlB晶粒細(xì)化劑，其TiAl3相顆粒的形塊得到了理想的控制，這種TiAlB型晶粒細(xì)化劑具有抗時(shí)效壽命長(zhǎng)，細(xì)化效果好，用量少的優(yōu)點(diǎn)，不過它的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，且不能在流槽中加入，其應(yīng)用范圍受到一定的限制。
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)用高效的鋁合金晶粒細(xì)化劑，即納米級(jí)異質(zhì)晶核的TiAlB晶粒細(xì)化劑。
本發(fā)明所提供的納米級(jí)異質(zhì)晶核的TiAlB晶粒細(xì)化劑，其特征在于它所提供的異質(zhì)晶核為納米量級(jí)，與異質(zhì)形核的臨界晶核尺寸相當(dāng)；TiAlB中間合金中TiAl3相和TiB2相顆粒均勻彌散地分布在鋁基體中，其尺寸在10-1000nm之間。
為了使鋁及鋁合金能達(dá)到最佳的晶粒細(xì)化效果，且滿足工業(yè)上的不同需求，其主要合金元素Ti和B的含量應(yīng)為Ti2-10％(wt)，B0.2-1.5％(wt)，Ti/B比例范圍應(yīng)控制在3∶1至50∶1之間。
鋁合金細(xì)化機(jī)理在于鋁熔池中存在著TiAl3和TiB2兩個(gè)關(guān)鍵性的相，這兩種化合物相相結(jié)合構(gòu)成了鋁合金最主要的異質(zhì)晶核。根據(jù)異質(zhì)形核理論，做為結(jié)晶的異質(zhì)晶核其臨界尺寸應(yīng)為納米量級(jí)，因此可以認(rèn)為傳統(tǒng)的鋁合金晶粒細(xì)化劑均米能充分發(fā)揮其晶粒細(xì)化的功效本發(fā)明所提供的納米級(jí)異質(zhì)晶核的TiAlB晶粒細(xì)化劑具有下述優(yōu)點(diǎn)1這種TiAlB中間合金中TiAl3相顆粒的尺寸明顯變小，一般在10-1000nm之間，與異質(zhì)形核的臨界晶核尺寸相當(dāng)。因而這種納米級(jí)異質(zhì)晶核的TiAlB晶粒細(xì)化劑具有Ti和B總用量低，細(xì)化效果好和響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。
2這種TiAlB中間合金中TiAl3相和TiB2相顆粒呈均勻彌散的分布，進(jìn)鋁熔池后，它們亦將形成均勻分布，這樣避免了TiB2相顆粒因聚集而產(chǎn)生沉淀，促進(jìn)了晶粒細(xì)化的均勻性，延長(zhǎng)了抗時(shí)效壽命。
3這種TiAlB晶粒細(xì)化劑因其所提供的異質(zhì)晶核為納米量級(jí)，它可以滿足象軋制超薄鋁箔等特殊鋁工業(yè)細(xì)化晶粒的要求。
4本發(fā)明產(chǎn)品類型多樣化，可以是粉劑，碎片狀，條帶和絲樹材以及塊狀，可以根據(jù)工業(yè)上的不同需要進(jìn)行選擇，因此使用方便，簡(jiǎn)捷。
附圖1.傳統(tǒng)Al-Ti-B絲背散射照片(a)×175，(b)×1000附圖2.納米級(jí)Al-2Ti-0.5B晶粒細(xì)劑背散射照片×1000附圖3.納米級(jí)Al-3Ti-1B晶粒細(xì)劑背散射照片×1000附圖4.納米級(jí)Al-5Ti-1B晶粒細(xì)劑背散射照片×1000實(shí)例例1晶粒細(xì)化劑成份為Al-2Ti-0.5B(wt％)，TiAl3相TiB2相顆粒尺寸在100mm左右，如圖2所示在Al基體中分布均勻。
用馬福爐將1.0公斤99.7％純鋁在石墨坩堝中熔化至740℃，3小時(shí)后取出扒渣，將制備的碎片狀TiAlB晶粒細(xì)化劑用鐘罩壓入鋁熔池中并攪拌，添加量為0.5kg/T和1kg/T，扒渣后澆鑄試樣，將剩余鋁液放入爐中720℃保溫5分，10分，60分，分別取樣，將取得的鑄樣沿中心線縱向剖開，經(jīng)低倍組織檢驗(yàn)，其晶粒度均達(dá)到1級(jí)，且添加量1kg/T的晶粒細(xì)化效果略優(yōu)于添加量0.5kg/T的細(xì)化效果，不同保溫時(shí)間對(duì)晶粒度影響不大。
實(shí)施例2晶粒細(xì)化劑成份為Al-3Ti-1B(wt％)，TiAl3，TiB2相顆粒尺寸在100nm左右，呈較多且分布均勻。見圖(3)與實(shí)施例1方法相同，將制備的塊狀晶粒細(xì)化劑以0.5kg/T和1kg/T的添加量加入，在720℃分別取保溫5分，10分和60分鐘的鑄樣，經(jīng)低倍組織檢驗(yàn)，其晶粒度均達(dá)到1級(jí)，且塊狀細(xì)化劑的細(xì)化效果略優(yōu)于碎片狀細(xì)化劑的細(xì)化效果。
實(shí)施例3晶粒細(xì)化劑成份為Al-5Ti-1B(wt％)，TiAl3TiB2相顆粒尺寸在100nm左右，量較前兩例更多且分布均勻。見圖(4)用鋁熔化爐將8噸99.7％純鋁熔化，經(jīng)打渣精煉，調(diào)整溫度約在740℃，進(jìn)行連鑄連軋鋁板。將制備的粉狀晶粒細(xì)化劑在流槽中以0.5-1kg/T的添加量連續(xù)加入，在每卷鋁板的頭和尾部分別切取試樣。經(jīng)低倍組織檢驗(yàn)，其晶粒度均達(dá)到1級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種鋁及鋁合金用鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑，其特征在于它所提供的異質(zhì)晶核為納米量級(jí)，與異質(zhì)形核的臨界晶核尺寸相當(dāng)；TiAIB中間合金中TiAl3相和TiB2相顆粒均勻彌散地分布在鋁基體中，其尺寸在10-1000nm之間。
2.按權(quán)利要求1所述鋁及鋁合金用鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑，其特征在于主要合金元素Ti和B的含量應(yīng)為Ti2-10％(wt)，B0.2-1.5％(wt)，Ti/B比例范圍應(yīng)控制在3∶1至50∶1之間。
全文摘要
一種鋁及鋁合金用納米級(jí)異質(zhì)晶核的AlTiB晶粒細(xì)化劑，其特征在于它所提供的異質(zhì)晶核為納米量級(jí)，與異質(zhì)形核的臨界晶核尺寸相當(dāng)，TiAl
文檔編號(hào)C22C21/00GK1145413SQ95111990
公開日1997年3月19日 申請(qǐng)日期1995年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月13日
發(fā)明者李 東, 崔玉友 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所