專利名稱：鋁合金細(xì)化劑及用該細(xì)化劑制備的鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬合金制備，特別屬于特別鋁合金領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
細(xì)小均勻的等軸晶是鋁及鋁合金材料最佳的鑄態(tài)組織，要獲得這種組織，必須通過不同的手段細(xì)化晶粒，即結(jié)晶組織的微細(xì)化處理，包括液態(tài)時加入各種中間合金細(xì)化劑或借助外來能量，如機械振動、電磁攪拌、對流、超聲波處理等使α-Al基體細(xì)化。從而顯著提高鋁材的力學(xué)性能和加工工藝性能。晶粒細(xì)化可以同時提高材料強度和塑性，是獲取優(yōu)質(zhì)鋁錠、改善鋁材質(zhì)量的重要途徑。借助外來能源需要特殊的設(shè)備和工藝，在實際工業(yè)生產(chǎn)中較難實現(xiàn)，并且還受生產(chǎn)條件等的限制，其作用有限，過程不易控制。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，只有使用添加細(xì)化劑是最簡便而又最有效的方法，也是鋁熔體處理技術(shù)的重要組成部分。Zr是鋁合金常用細(xì)化劑，但其效果不穩(wěn)定沒有被廣泛采用。Sc加入到鋁或鋁合金中，形成的Al3Sc與Al基體晶格常數(shù)接近，得到很好的細(xì)化效果。Sc、Zr復(fù)合加入到鋁合金中形成Al3(Zr，Sc)相，效果更為顯著。但由于Sc的價格昂貴，目前市面價格約為4萬元人民幣/千克，因此，難以實際用于工業(yè)鋁合金的生產(chǎn)。近年來廣泛采用的Al-Ti-B細(xì)化劑是目前比較有效的晶粒細(xì)化劑之一，是鋁晶粒細(xì)化技術(shù)的一項重大突破。雖然Al-Ti-B細(xì)化劑具有較優(yōu)異的細(xì)化晶粒性能，但其抗衰減性能難以解決，TiB2相易聚集沉淀，且TiB2易受Zr、Cr等原子毒化而失去細(xì)化晶粒的作用。近年來，Al-Ti-C的研究與開發(fā)取得了較大進(jìn)展，雖然Al-Ti-C中間合金克服了Zr、Cr等原子的毒化作用，但其細(xì)化能力仍低于Al-Ti-B中間合金，且表現(xiàn)出明顯的衰減性。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種價格便宜的鋁合金細(xì)化劑。并提供用該細(xì)化劑制備的晶粒細(xì)小的鋁合金。
本發(fā)明的詳細(xì)技術(shù)方案為本發(fā)明的鋁合金細(xì)化劑為Zr-Cr-Nb，Zr、Cr、和Nb元素占制備得到的合金的總質(zhì)量百分比為0.2～0.5％。
其中Zr、Cr和Nb各自占制備得到的合金的質(zhì)量百分比最好為Zr0.15～0.20％；Cr0.03～0.25％；Nb0.04～0.1％。
本發(fā)明還應(yīng)用上述細(xì)化劑，制備出一種鋁合金，該合金包括Al-Cu-Mg或Al-Zn-Mg-Cu或Al-Cu主合金元素，還包括占合金質(zhì)量百分比0.15～0.20％的Zr-Cr-Nb，其中Zn、Mg、Cu各元素占合金的質(zhì)量百分比分別為Zn0～9.0％；Mg0～2.9％；Cu0.16～5.5％。
在Al-Cu-Mg或Al-Zn-Mg-Cu或Al-Cu主合金元素中，還可微量添加Mn、Ti，加入Mn、Ti的質(zhì)量百分比為Mn0～0.9％；Ti0～0.25％。
本發(fā)明的鋁合金細(xì)化劑包含Zr的同時，還復(fù)合包含Cr和Nb。將這種細(xì)化劑用于制備鋁合金時，在鋁合金中不但添加Zr，還復(fù)合添加Cr和Nb，分別部分替代Al3Zr中的Al和Zr，這樣能調(diào)整Al3Zr的晶格類型和參數(shù)，形成穩(wěn)定的Ll2結(jié)構(gòu)(Al，Cr)3(Zr，Nb)，減小界面能和錯配度，提高晶粒細(xì)化效果，有利于形成細(xì)小均勻的等軸的鑄態(tài)組織，提高鋁合金的后序加工性能。并且，該細(xì)化劑的加入工藝簡單，且Zr、Cr、Nb價格相對便宜，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
應(yīng)用本發(fā)明的細(xì)化劑制備出的鋁合金，其鑄態(tài)組織晶粒明顯比未添加細(xì)化劑或僅添加Zr或添加Al-Ti-B等的合金的組織晶粒要細(xì)小得多，且分布均勻。



圖1對比例1的A-1合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖2對比例2的A-2合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖3對比例3的A-3合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖4對比例4的A-4合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖5對比例5的A-5合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖6對比例6的A-6合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖7對比例7的A-7合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖8對比例8的A-8合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖9對比例9的A-9合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖10對比例10的A-10合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖11實施例1的B-1合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖12實施例2的B-2合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖13實施例3的B-3合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖14實施例4的B-4合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖15實施例5的B-5合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖16實施例6的B-6合金鑄態(tài)金相顯微組織圖； 圖17實施例7的B-7合金鑄態(tài)金相顯微組織圖。

具體實施例方式 對比例1鑄錠冶金法制備表1中的A-1合金。將高純鋁(純度為99.99％)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Zr中間合金，降至760℃，加入工業(yè)純Zn(純度為99.9％)，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg(純度為99.9％)，除去表面渣后，加入0.2％～0.4％的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑排渣除氣，靜置10～15分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖1。
對比例2制備表1中的A-2合金。將高純鋁加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Zr、Al-Nb中間合金，降至760℃，加入工業(yè)純Zn，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg，除去表面渣后，加入0.2％～0.4％的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑排渣除氣，靜置10～15分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖2。
對比例3制備表1中的A-3合金。將高純鋁加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Cr、Al-Zr中間合金，降至760℃，加入工業(yè)純Zn，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg，除去表面渣后，加入0.2％～0.4％的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑排渣除氣，靜置10～15分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖3。
對比例4制備表1中的A-4合金。首先將高純鋁加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Cr、Al-Zr中間合金，降至760℃，加入工業(yè)純Zn，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg，除去表面渣后，加入0.2％～0.4％的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑排渣除氣，靜置10～15分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖4。
對比例5制備表1中的A-5合金。將高純鋁加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Zr中間合金，降至760℃，加入工業(yè)純Zn，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg，除去表面渣后，加入0.2％～0.4％的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑排渣除氣，靜置10～15分鐘后，加入1％的Al-Ti-B細(xì)化劑，靜置10分鐘澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖5。
對比例6制備表1中的A-6合金。首先將高純鋁加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Zr中間合金，降至760℃，加入工業(yè)純Zn，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg，除去表面渣后，加入0.2％～0.4％的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑排渣除氣，靜置10～15分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖6。
對比例7制備表1中的A-7合金。將高純鋁加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Zr、Al-Mn、Al-Ti中間合金，降至760℃，加入工業(yè)純Zn，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg，除去表面渣后，加入0.2％～0.4％的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑排渣除氣，靜置10～15分鐘后，加入1％的Al-Ti-B細(xì)化劑，靜置10分鐘澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖7。
對比例8制備表1中的A-8合金。將高純鋁錠加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，鋁錠熔化后，升溫至800℃，加入經(jīng)預(yù)熱的Al-3.9％Ti、Al-10％Mn、Al-50.05％Cu中間合金，待爐料熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅?60℃加入0.2％～0.4％(wt％)的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑除氣精練，扒去液面熔渣，靜置10～15分鐘，降溫至730℃，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖8。
對比例9制備表1的A-9合金。將高純鋁錠加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，鋁錠熔化后，升溫至800℃，加入經(jīng)預(yù)熱的Al-50.05％Cu中間合金，待爐料熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，?60℃加入0.2％～0.4％(wt％)的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑除氣精練，扒去液面熔渣，靜置10～15分鐘，降溫至730℃，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖9。
對比例10制備表1中的A-10合金。將高純鋁錠加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，鋁錠熔化后，升溫至800℃，加入經(jīng)預(yù)熱的Al-50.05％Cu中間合金，待爐料熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，降?60℃，加入工業(yè)純Mg，除去表面渣后，于760℃加入0.2％～0.4％(wt％)的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑除氣精練，扒去液面熔渣，靜置10～15分鐘，降溫至730℃，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖10。
實施例1制備表中B-1合金。首先將高純鋁加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Nb中間合金，降至760℃，加入工業(yè)純Zn，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg，除去表面渣后，加入0.2％～0.4％的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑排渣除氣，靜置10～15分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖11。
實施例2制備表中B-2合金。將高純鋁加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Nb中間合金，降至760℃，加入工業(yè)純Zn，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg，除去表面渣后，加入0.2％～0.4％的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑排渣除氣，靜置10～15分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖12。
實施例3制備表中B-3合金。將高純鋁加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Nb中間合金，降至760℃，加入工業(yè)純Zn，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg，除去表面渣后，加入0.2％～0.4％的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑排渣除氣，靜置10～15分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖13。
實施例4制備表中B-4合金。將高純鋁加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Nb中間合金，降至760℃，加入工業(yè)純Zn，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg，除去表面渣后，加入0.2％～0.4％的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑排渣除氣，靜置10～15分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖14。
實施例5制備表中B-5合金。將高純鋁錠加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，鋁錠熔化后，升溫至800℃，加入經(jīng)預(yù)熱的Al-Ti、Al-Zr、Al-Mn、Al-Cr、Al-Nb、Al-Cu中間合金，待爐料熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅?60℃加入0.2％～0.4％(wt％)的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑除氣精練，扒去液面熔渣，靜置10～15分鐘，降溫至730℃，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖15。
實施例6制備表中B-6合金。將高純鋁錠加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，鋁錠熔化后，升溫至800℃，加入經(jīng)預(yù)熱的Al-Zr、Al-Cr、Al-Nb、Al-Cu中間合金，待爐料熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅?60℃加入0.2％～0.4％(wt％)的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑除氣精練，扒去液面熔渣，靜置10～15分鐘，降溫至730℃，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖16。
實施例7制備表中B-7合金。將高純鋁錠加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780℃，鋁錠熔化后，升溫至800℃，加入經(jīng)預(yù)熱的Al-Zr、Al-Cr、Al-Nb、Al-Cu中間合金，待爐料熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅抵?60℃，加入工業(yè)純Mg，待爐料熔化于760℃加入0.2％～0.4％(wt％)的六氯乙烷(C2Cl6)精煉劑除氣精練，扒去液面熔渣，靜置10～15分鐘，降溫至730℃，澆入鐵模中，冷卻后脫模。所得鋁合金的鑄態(tài)金相顯微組織圖見附圖17。
表1各應(yīng)用例中的合金成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，％)

由圖可見，實施例B-1合金(圖11)，B-2合金(圖12)的鑄態(tài)晶粒明顯比對比例的單獨添加Zr的A-1合金(圖1)、添加Zr-Nb的A-2合金(圖2)、添加Zr-Cr的A-3合金(圖3)、添加Nb-Cr的A-4合金(圖4)的鑄態(tài)晶粒細(xì)小、分布均勻，且明顯比添加Al-Ti-B細(xì)化劑的對比例A-5合金(圖5)的晶粒組織細(xì)小。
實施例B-3(圖13)所示合金中復(fù)合添加Zr-Cr-Nb鑄態(tài)晶粒明顯比對比例A-6合金(圖8)的只添加Zr細(xì)小、均勻。
實施例B-4合金(圖14)晶粒組織結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于對比例A-7合金(圖7)只添加Zr、Cr的合金的晶粒組織結(jié)構(gòu)。
實施例B-5合金(圖15)和對比例的A-8合金(圖8)對比可以看出，添加Zr-Cr-Nb的B-5合金鑄態(tài)組織晶粒比沒有添加Zr-Cr-Nb的合金鑄態(tài)組織晶粒細(xì)小，且分布均勻。
實施例的B-6合金(圖16)和對比例的A-9合金(圖9)的對比及實施例的B-7合金(圖17)和對比例的A-10合金(圖10)的對比可以看出，添加Zr-Cr-Nb的合金鑄態(tài)組織晶粒比未添加Zr-Cr-Nb的合金的鑄態(tài)組織晶粒細(xì)小，且分布均勻。
上述比較例和實施例的對比說明，在鋁合金中復(fù)合添加Zr-Cr-Nb可以得到很好的晶粒細(xì)化效果。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金細(xì)化劑，其特征在于所述細(xì)化劑為占鋁合金質(zhì)量百分比0.2～0.5％的Zr-Cr-Nb。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁合金細(xì)化劑，其特征在于Zr、Cr和Nb元素分別占鋁合金的質(zhì)量百分比為Zr0.15～0.20％；Cr0.03～0.25％；Nb0.04～0.1％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋁合金細(xì)化劑，其特征在于所述細(xì)化劑為Al-Zr、Al-Cr和Al-Nb。
4.一種鋁合金，所述鋁合金包含Al-Cu-Mg或Al-Zn-Mg-Cu或Al-Cu，其特征在于還包含占鋁合金總質(zhì)量百分比的0.2～0.5％的Zr-Cr-Nb細(xì)化劑；Zn、Mg、Cu各元素的占鋁合金質(zhì)量百分比為Zn0～9.0％；Mg0～2.9％；Cu0.16～5.5％。
5.如權(quán)利要求4所述的鋁合金，其特征在于Zr、Cr和Nb元素分別占鋁合金的質(zhì)量百分比為Zr0.15～0.20％；Cr0.03～0.25％；Nb0.04～0.1％。
6.如權(quán)利要求4或5所述的鋁合金，其特征在于所述鋁合金中還包含Mn、Ti，所述Mn、Ti占鋁合金的質(zhì)量百分比為Mn0～0.9％；Ti0～0.25％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金細(xì)化劑及用該細(xì)化劑制備的鋁合金。本發(fā)明的鋁合金細(xì)化劑為Zr-Cr-Nb，其中Zr、Cr、Nb元素占制備得到的合金的總質(zhì)量百分比為0.2～0.5％。應(yīng)用該細(xì)化劑，本發(fā)明制備得到晶粒細(xì)小的鋁合金。將這種細(xì)化劑用于制備鋁合金時，能調(diào)整Al3Zr的晶格類型和參數(shù)，形成穩(wěn)定的L12結(jié)構(gòu)，減小界面能和錯配度，提高晶粒細(xì)化效果，有利于形成細(xì)小均勻的等軸的鑄態(tài)組織，提高鋁合金的后序加工性能。且該細(xì)化劑的加入工藝簡單，Zr、Cr、Nb價格相對便宜，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C22C21/06GK101294247SQ200710034819
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者陳康華, 茁 張, 方華嬋, 周年潤 申請人:中南大學(xué)