專利名稱：Al－Ti－B－C四元晶粒細(xì)化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料領(lǐng)域的晶粒細(xì)化劑的制備方法，具體是一種Al -Ti-B-C四元晶粒細(xì)化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
Al — Ti — B和Al — Ti 一 C中間合金是優(yōu)良的鋁合金用晶粒細(xì)化劑，尤其是Al — Ti 一 B中間合金已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中。其產(chǎn)生晶粒細(xì)化的主要原因?yàn)榧?xì)化劑中存在優(yōu)異形核基底TiB2或11(，且富余的溶質(zhì)Ti對(duì)Al的晶粒長(zhǎng)大具有顯著的抑制作用。但是，Al-Ti-B中間合金中的TiB2顆粒容易團(tuán)聚，從而導(dǎo)致一些質(zhì)量問題，例如鋁箔材的針孔缺陷和陽極氧化薄板的條狀缺陷等；此外，Zr、Cr、Si等元素亦會(huì)導(dǎo)致TiB2表面“中毒”， 使細(xì)化性能迅速衰退。Al-Ti-C中間合金中的TiC粒子不易聚集，一度被認(rèn)為是Al-Ti-B中間合金的理想代替者，但TiC粒子不穩(wěn)定，細(xì)化過程中的長(zhǎng)期保溫處理會(huì)使TiC與Al發(fā)生反應(yīng)生成Al4C3,從而產(chǎn)生“自身中毒”。因此，能夠克服Al — Ti 一 B和Al — Ti 一 C中間合金缺點(diǎn)、又兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的 Al — Ti 一 B — C四元中間合金的研發(fā)引起了研究人員的廣泛關(guān)注。申請(qǐng)?zhí)?0105092. X的中國專利報(bào)道了一種Al - Ti - C — B四元晶粒細(xì)化劑及其制備方法，即向1100-1200°C的鋁鈦熔體中添加氟硼酸鉀和碳(形式為石墨粉或炭黑)從而制備含TiAl3、TiB2、TiC的晶粒細(xì)化劑。但是如此高的反應(yīng)溫度，勢(shì)必會(huì)引起氟硼酸鉀的嚴(yán)重分解揮發(fā)、以及鋁熔體的氧化燒損和夾雜；而且碳和鋁間的潤濕性極差，其吸收率難以控制。申請(qǐng)?zhí)?00810139856. I的中國專利報(bào)道了一種Al -Ti-C-B-N中間合金及其制備方法，其制備工藝為先將純鈦在真空燒結(jié)爐中700-900°C下，滲氮處理，然后讓純鋁、Al - B、A1 — C中間合金和滲氮處理的Ti在1000-1300°C反應(yīng)2-30分鐘，制備錠狀后線狀A(yù)l-Ti-C-B-N中間合金。然而該制備方法中用到了真空燒結(jié)爐，整個(gè)制備過程持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，工藝較為復(fù)雜，且Al-B、Al-C中間合金原料價(jià)格高，從而降低了生產(chǎn)效率，提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服Al — Ti 一B —C四元晶粒細(xì)化劑現(xiàn)有上述制備技術(shù)的不足和缺陷，以碳化硼、海綿鈦代替有毒氟化物作為反應(yīng)原料，避免傳統(tǒng)工藝中有害廢渣的污染和處理問題，并借助高能超聲振動(dòng)技術(shù)，增加鋁熔體與碳化硼間的潤濕性、降低反應(yīng)溫度、 縮短細(xì)化劑制備時(shí)間、改善形核基底粒子分布狀態(tài)，從而提供一種工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、 無污染的制備方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供一種Al — Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑的制備方法，步驟如下(I)按照生成重量百分比為1. 00-12. 00% Ti, I. 00-4. 00% B,O. 25-1. 00%C，其余 Al的量，稱取海綿鈦、碳化硼粉及工業(yè)純鋁，并將海綿鈦和碳化硼粉均勻混合；所述海綿鈦粒度為O. 8-2. O毫米。
所述碳化硼粉粒度為O. 1-10. O微米。(2)升溫熔化所稱取的工業(yè)純鋁；所述升溫熔化所稱取的工業(yè)純鋁，是指升溫至800°C -900°C將所稱取的工業(yè)純鋁在電阻爐中熔化。(3)利用石墨鐘罩將(I)中配制好的海綿鈦和碳化硼混合粉末壓入鋁熔體中；(4)在加入海綿鈦和碳化硼混合粉末的鋁熔體上部引入超聲波處理；所述超聲波頻率為20 ± IkHz、功率為500-5000W。所述持續(xù)超聲波處理時(shí)間為1-15分鐘。(5)使熔體自然冷卻，得到Al — Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑。 所述使熔體自然冷卻，在冷卻至700_780°C時(shí)，澆鑄成錠狀A(yù)l — Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新之處為以海綿鈦、碳化硼粉及純鋁為原料，在晶粒細(xì)化劑制備反應(yīng)中施加超聲處理。以海綿鈦、碳化硼替代氟化物作為反應(yīng)原料，可以避免制備反應(yīng)中有毒氟化物氣體的排放；高能超聲波在熔體中傳播時(shí)的聲空化將產(chǎn)生高溫高壓區(qū)，改善碳化硼與鋁熔體間的潤濕性，降低反應(yīng)溫度，減少鋁熔體的氧化燒損，加速碳化硼與溶質(zhì)鈦間的反應(yīng)，大大縮短反應(yīng)制備時(shí)間；高能超聲的聲流效應(yīng)同時(shí)可以改善晶粒細(xì)化齊[J中的TiAl3、TiB2, TiC等中間相的分布狀態(tài)，縮短細(xì)化劑加入鋁熔體后的細(xì)化響應(yīng)時(shí)間。 經(jīng)過本發(fā)明方法所制備Al -Ti-B- C中間合金細(xì)化的工業(yè)純鋁鑄態(tài)晶粒尺寸可小于 150 μ m0
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1-5(I)按生成重量百分比為1. 00-12. 00% Ti, I. 00-4. 00% B,O. 25-1. 00%C，余量為 Al，稱取海綿鈦、碳化硼粉及工業(yè)純鋁，將海綿鈦和碳化硼粉均勻混合；(2)升溫至800°C _900°C將稱取的工業(yè)純鋁在電阻爐中熔化；(3)利用石墨鐘罩將配制好的海綿鈦和碳化硼混合粉末壓入鋁熔體中；(4)從熔體上部引入頻率為20±lkHz、功率為500-5000W的超聲波，持續(xù)處理1-15 分鐘；(5)使熔體自然冷卻，冷卻至700_780°C時(shí)，澆鑄成錠狀A(yù)l — Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑。細(xì)化500克工業(yè)純鋁，加熱熔化至720 V，按照O. 2克/100克鋁的量加入所制備的Al — Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑，保溫5分鐘，澆入雷諾標(biāo)準(zhǔn)高爾夫T型模，測(cè)量距試樣底面51mm處的晶粒尺寸。具體實(shí)施例1-5的參數(shù)以及實(shí)施效果見下表
權(quán)利要求
1.一種Al — Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑的制備方法，其特征在于，具體步驟如下 (1)按照生成重量百分比為:1.00-12. 00% Ti, I. 00-4. 00%B,0. 25-1. 00%C，其余 Al 的量，稱取海綿鈦、碳化硼粉及工業(yè)純鋁，并將海綿鈦和碳化硼粉均勻混合； (2)升溫熔化所稱取的工業(yè)純鋁； (3)利用石墨鐘罩將(I)中配制好的海綿鈦和碳化硼混合粉末壓入鋁熔體中； (4)在加入海綿鈦和碳化硼混合粉末的鋁熔體上部引入超聲波； (5)使熔體自然冷卻，得到Al— Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Al-Ti-B-C四元晶粒細(xì)化劑的制備方法，其特征是，步驟(2)中，所述的升溫熔化所稱取的工業(yè)純鋁，是指升溫至800°C -900°C將所稱取的工業(yè)純鋁在電阻爐中熔化。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Al-Ti-B-C四元晶粒細(xì)化劑的制備方法，其特征是，步驟(4)中，所述的超聲波頻率為20±lkHz，功率為500-5000W。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Al— Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑的制備方法，其特征是，步驟(4)中，所述超聲波處理時(shí)間為1-15分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Al— Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑的制備方法，其特征是，步驟(5)中，所述使熔體自然冷卻，在冷卻至700-780°C時(shí)，澆鑄成錠狀A(yù)l — Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的Al— Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑的制備方法，其特征是，所述海綿鈦粒度為0. 8-2. 0毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的Al— Ti 一 B — C四元晶粒細(xì)化劑的制備方法，其特征是，所述碳化硼粉粒度為0.1-10. 0微米。
全文摘要
本發(fā)明公開一種Al－Ti－B－C四元晶粒細(xì)化劑的制備方法，步驟為按生成重量百分比為1.00-12.00％Ti，1.00-4.00％B，0.25-1.00%C，余量為Al，將海綿鈦和碳化硼粉均勻混合；升溫熔化工業(yè)純鋁；將海綿鈦和碳化硼混合粉末壓入鋁熔體中；在鋁熔體上部引入持續(xù)超聲波處理；使熔體自然冷卻，得到Al－Ti－B－C四元晶粒細(xì)化劑。本發(fā)明可以避免傳統(tǒng)制備反應(yīng)中有毒氟化物氣體的排放，降低反應(yīng)溫度，減少鋁熔體的氧化燒損，加速碳化硼與溶質(zhì)鈦間的反應(yīng)，大大縮短反應(yīng)制備時(shí)間，改善晶粒細(xì)化劑中間相分布狀態(tài)，減少細(xì)化響應(yīng)時(shí)間，本發(fā)明所制備材料的工業(yè)純鋁鑄態(tài)晶粒尺寸可小于150μm。
文檔編號(hào)C22C1/02GK102703738SQ201210157170
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者孫寶德, 張森, 王俊, 韓延峰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)