一種電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域，特別涉及一種電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法。包括如下步驟：將石墨粉和海綿鈦粉進(jìn)行預(yù)處理；將工業(yè)純鋁加熱至完全熔化獲得鋁熔體后，將海綿鈦粉和石墨粉用鋁箔包好并壓入鋁熔體中保溫、攪拌；加入預(yù)處理過的純鍶、精煉后扒渣；進(jìn)行電磁攪拌獲得鋁鈦碳鍶細(xì)化劑。本發(fā)明的提供的電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法，解決了制備過程中氟化物污染及鋁鈦碳鍶中各相分布不均、尺寸較大的問題；制備方法簡(jiǎn)單，且成本低，能耗小。
【專利說明】一種電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域，特別涉及一種電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]鋁硅合金以其優(yōu)異的鑄造性能廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車工業(yè)中，然而未經(jīng)細(xì)化和變質(zhì)的鋁硅合金中α-Al晶粒粗大、共晶硅呈針片狀，大大降低了其力學(xué)性能。在鋁硅合金中添加晶粒細(xì)化劑和變質(zhì)劑是提高其性能最有效的方法。通常的生產(chǎn)工藝中，鋁硅合金的細(xì)化和變質(zhì)是分別進(jìn)行的，這樣不僅導(dǎo)致熔煉工藝復(fù)雜，而且由于處理時(shí)間過長(zhǎng)不免造成細(xì)化或變質(zhì)效果的衰退。目前國(guó)內(nèi)制備出了 Al-T1-B-Sr中間合金，將細(xì)化和變質(zhì)合為一體，但是由于B、Sr的同時(shí)加入，會(huì)生成BSr6中毒導(dǎo)致細(xì)化效果衰退。
[0004]然而Al-T1-C-Sr細(xì)化劑可以克服這一缺點(diǎn)，且對(duì)鋁硅合金具有良好的細(xì)化和變質(zhì)效果。目前制備Al-T1-C-Sr細(xì)化劑的方法為:熔鑄-原位反應(yīng)法，即在鋁合金熔體中加入氟鈦酸鉀、石墨粉和純鍶，使其在熔體中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，待反應(yīng)一段時(shí)間后澆鑄。但是此種方法一方面不能對(duì)析出相進(jìn)行有效控制，導(dǎo)致制備出的Al-T1-C-Sr中各相分布不均，且尺寸較大，對(duì)其細(xì)化效果影響嚴(yán)重；另一方面采用氟鈦酸鉀作為原料會(huì)產(chǎn)生氟化物氣體污染環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法，克服了現(xiàn)有鋁鈦碳鍶細(xì)化劑制備方法存在的不足，解決了制備過程中氟化物污染及鋁鈦碳鍶中各相分布不均、尺寸較大的問題。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法，包括如下步驟:
1)將石墨粉和海綿鈦粉進(jìn)行預(yù)處理:石墨粉在800~900°C下預(yù)熱30~45min，海綿鈦粉在150~250°C下預(yù)熱10~40 min ；
2)將工業(yè)純鋁加熱至完全熔化獲得鋁熔體后繼續(xù)升溫至920~980°C，將混合均勻的預(yù)處理過的海綿鈦粉和石墨粉用鋁箔包好并壓入鋁熔體中保溫60~90 min,保溫期間每隔10~15 min攬祥一次；
3)降溫至800~850°C，加入預(yù)處理過的純鍶并保溫10~15min，用氬氣精煉后扒渣；
4)降溫到780~820°C，將精煉扒渣后的熔體加入電磁攪拌器中，調(diào)節(jié)攪拌器線圈電流為100~150 A，攪拌10~15 min獲得鋁鈦碳鍶細(xì)化劑；
其中，以占目標(biāo)細(xì)化劑總質(zhì)量計(jì)，以下各物質(zhì)的質(zhì)量百分比為:石墨粉1.5~2.5%，海綿鈦粉2.5~6.25%,工業(yè)純鋁92.0~97.0%,純鍶12~20%。[0007]本發(fā)明所述目標(biāo)細(xì)化劑即以本發(fā)明方法最終制得的鋁鈦碳鍶細(xì)化劑，由于在熔煉過程中原料會(huì)有所損耗、吸收率達(dá)不到100%，所以石墨粉、海綿鈦粉、純鍶及鋁的原料加入的質(zhì)量要大于最終制得的鋁鈦碳鍶細(xì)化劑(即目標(biāo)細(xì)化劑)的質(zhì)量。
[0008]優(yōu)選的，原料石墨粉平均粒徑為60~88 μ m,海綿鈦粉平均粒徑為150~250 μ m。
[0009]優(yōu)選的，步驟2)中，可將純鋁置于石墨坩堝中于電阻爐中加熱。
[0010]更優(yōu)選的，先將石墨坩堝置于電阻爐中，升溫到500°C后將工業(yè)純鋁放入坩堝中，調(diào)節(jié)爐溫至720~740°C待純鋁完全熔化獲得鋁熔體。
[0011]步驟2 )中，攪拌可采用人工攪拌。攪拌是為了讓物料翻動(dòng)，混合均勻，故攪拌時(shí)間和攪拌速度并無嚴(yán)格要求。
[0012]優(yōu)選的，步驟3)中，純鍶的預(yù)處理過程如下:使用前從保存介質(zhì)中取出并清洗干凈，用鋁箔包好后150~250°C預(yù)熱3~5 min。保存介質(zhì)如煤油、液體石蠟等；清洗時(shí)可采用丙酮等。
[0013]優(yōu)選的，步驟4)中，在電磁攪拌過程中自然冷卻直至凝固獲得鋁鈦碳鍶細(xì)化劑。
[0014]所述鋁鈦碳鍶細(xì)化劑中各元素的質(zhì)量百分含量為:Ti:2~5%，C:0.3~0.5%，Sr:5~10%，其余為Al ;鈦碳比大于5:1且小于25:1，鈦鍶比大于1:4且小于3:4。
[0015]本發(fā)明原料采用粒徑尺寸較大的海綿鈦粉(平均粒徑為150~250 μ m)和石墨粉(平均粒徑為60~88 μ m)，一方面避免了使用價(jià)格較高的超細(xì)鈦粉和石墨粉，在一定程度上降低了生產(chǎn)成本；另一方面用海綿鈦粉代替氟鈦酸鉀避免了氟化物氣體的產(chǎn)生，避免了環(huán)境污染。此外原料Sr采用純Sr，成本低、工藝簡(jiǎn)單。
[0016]本發(fā)明增加了電磁攪拌,且通過改變電磁攪拌中電流大小及加載時(shí)間，從而對(duì)鋁鈦碳鍶細(xì)化劑中各相形貌、尺寸進(jìn)行有效控制，制備出高性能鋁鈦碳鍶細(xì)化劑。
[0017]本發(fā)明在電磁攪拌過程中合金熔體采用的是邊攪拌邊冷卻的方式，因此不需要再對(duì)熔體進(jìn)行加熱保溫等，節(jié)省了資源。
[0018]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明的提供的電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法，解決了制備過程中氟化物污染及鋁鈦碳鍶中各相分布不均、尺寸較大的問題；制備方法簡(jiǎn)單，且成本低，能耗小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為實(shí)施例1獲得產(chǎn)品的顯微組織形貌:
圖2為圖1的放大圖；
圖3為實(shí)施例1中步驟4)不進(jìn)行電磁攪拌獲得產(chǎn)品的顯微組織形貌；
圖4為圖3的放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下以具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此: 實(shí)施例1
以制備1000g鋁鈦碳鍶細(xì)化劑(Al-2T1-0.3C-5Sr)計(jì)量原料的加入量。
[0021]方法步驟如下:
I)將15g平均粒徑為88 μ m的石墨粉在800°C下預(yù)熱30min，將25g平均粒徑為150um海綿鈦粉在150°C下預(yù)熱20min ；
2)先將石墨坩堝置于電阻爐中，升溫到500°C后將920g工業(yè)純鋁放入坩堝中，電阻爐中720°C熔化工業(yè)純鋁，待純鋁完全熔化獲得鋁熔體后加熱至920°C，將預(yù)處理過的海綿鈦粉和石墨粉混合均勻，用鋁箔包好加入到鋁熔體中并保溫60min，期間每隔IOmin人工攪拌一次;
3)將120g純鍶在加入鋁熔體前的幾分鐘內(nèi)從煤油中取出，然后用丙酮清洗干凈，用鋁箔包緊放入干燥箱150°C預(yù)熱3min ;鋁熔體降溫到800°C，加入預(yù)處理過的純鍶并保溫10min，用氬氣精煉后扒渣；
4)降溫到780°C，將熔體隨坩堝放入電磁攪拌器中進(jìn)行攪拌，電流加載強(qiáng)度為100A，加載時(shí)間10 min,即得到Α1-2Τ?-0.3C_5Sr細(xì)化劑。
[0022]獲得產(chǎn)品的SEM圖(顯微組織照片)如圖1和2所示，圖2是圖1的放大圖； 將步驟4)中僅僅降溫到780V，將熔體隨坩堝一起冷卻獲得細(xì)化劑，其SEM圖(顯微組
織照片)見圖3和4，圖4是圖3的放大圖。
[0023]由圖1-4可見，未經(jīng)攪拌的Al-T1-C-Sr細(xì)化劑中，Al-T1-Sr相、TiAl3相呈板條狀，尺寸較大，約為50*100 um左右，TiC顆粒有團(tuán)聚現(xiàn)象；經(jīng)電磁攪拌之后的Al-T1-C-Sr細(xì)化劑中Al-T1-Sr呈現(xiàn)大小均勻的塊狀，尺寸約為30*30 um左右，TiC顆粒均勻分布在鋁基體和Al-T1-Sr相表面。
[0024]實(shí)施例2
以制備1000g鋁鈦碳鍶細(xì)化劑(Al-5T1-0.5C-10Sr)計(jì)量原料的加入量。
[0025]I)將25g平均粒徑為88 μ m的石墨粉在900°C下預(yù)熱45min，將62.5g平均粒徑為250um的海綿鈦粉在250°C下預(yù)熱40min ；
2)先將石墨坩堝置于電阻爐中，升溫到500°C后將970g工業(yè)純鋁放入坩堝中，電阻爐中740°C熔化工業(yè)純鋁，待純鋁完全熔化獲得鋁熔體后加熱至980°C，將預(yù)處理過的海綿鈦粉和石墨粉混合均勻，用鋁箔包好加入到鋁熔體中并保溫90min，期間每隔15min人工攪拌一次;
3)將200g純鍶加入鋁熔體前的幾分鐘內(nèi)從煤油中取出，然后用丙酮清洗干凈，用鋁箔包緊放入干燥箱250°C預(yù)熱5min ;降溫到850°C，加入預(yù)處理過的純鍶并保溫15 min，用氬氣精煉后機(jī)潘;
4)降溫到820°C，將熔體隨坩堝放入電磁攪拌器中進(jìn)行攪拌，電流加載強(qiáng)度為150A，加載時(shí)間15 min,即得到Α1-5Τ?-0.5C_10Sr細(xì)化劑。
[0026]實(shí)施例3
以制備1000g鋁鈦碳鍶細(xì)化劑(Al-4T1-0.4C-7Sr)計(jì)量原料的加入量。
[0027]I)將20g平均粒徑為75 μ m的石墨粉在850°C下預(yù)熱40min，將50g平均粒度為200um的海綿鈦粉在200°C下預(yù)熱30min ；
2)先將石墨坩堝置于電阻爐中，升溫到500°C后將930g工業(yè)純鋁放入坩堝中，電阻爐中740°C熔化工業(yè)純鋁，待純鋁完全熔化獲得鋁熔體后加熱至950°C，將預(yù)處理過的海綿鈦粉和石墨粉混合均勻，用鋁箔包好加入到鋁熔體中并保溫75min，期間每隔12min人工攪拌一次;
3)將140g純鍶在加入熔體前的幾分鐘內(nèi)從煤油中取出，然后用丙酮清洗干凈，用鋁箔包緊放入干燥箱200°C預(yù)熱4min ;熔體降溫到820°C，加入預(yù)處理過的純鍶并保溫12 min,用氬氣精煉后扒渣；
4)降溫到800°C，將熔體和坩堝放入電磁攪拌器中進(jìn)行攪拌，電流加載強(qiáng)度為130 A，加載時(shí)間12 min,即得至Ij Α1-4Τ?-0.4C_7Sr細(xì)化劑。
[0028] 上述實(shí)施例為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明所作的改變均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將石墨粉和海綿鈦粉進(jìn)行預(yù)處理:石墨粉在800~900°C下預(yù)熱30~45min，海綿鈦粉在150~250°C下預(yù)熱10~40min ； 2)將工業(yè)純鋁加熱至完全熔化獲得鋁熔體后繼續(xù)升溫至920~980°C，將混合均勻的預(yù)處理過的海綿鈦粉和石墨粉用鋁箔包好并壓入鋁熔體中保溫60~90 min,保溫期間每隔10~15 min攬祥一次； 3)降溫至800~850°C，加入預(yù)處理過的純鍶并保溫10~15min，用氬氣精煉后扒渣； 4)降溫到780~820°C，將精煉扒渣后的熔體加入電磁攪拌器中，調(diào)節(jié)攪拌器線圈電流為100~150 A，攪拌10~15 min獲得鋁鈦碳鍶細(xì)化劑； 其中，以占目標(biāo)細(xì)化劑總質(zhì)量計(jì)，以下各物質(zhì)的質(zhì)量百分比為:石墨粉1.5~2.5%，海綿鈦粉2.5~6.25%,工業(yè)純鋁92.0~97.0%,純鍶12~20%。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法，其特征在于，步驟4)中，在電磁攪拌過程中自然冷卻直至凝固獲得鋁鈦碳鍶細(xì)化劑。
3.如權(quán)利要求1所述的電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法，其特征在于，步驟2)中，先將石墨坩堝置于電阻爐中，升溫到500°C后將工業(yè)純鋁放入坩堝中，調(diào)節(jié)爐溫至720~740 0C待純鋁完全熔化獲得鋁熔體。
4.如權(quán)利要求1所述的電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法，其特征在于，純鍶的預(yù)處理過程如下:使用前從保存介質(zhì)中取出并清洗干凈，用鋁箔包好后150~250°C預(yù)熱3~5 min。
5.如權(quán)利要求1所述的電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法，其特征在于，石墨粉平均粒徑為60~88 μ m,海綿鈦粉平均粒徑為150~250 μ m。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法，其特征在于，所述鋁鈦碳鍶細(xì)化劑中各元素的質(zhì)量百分含量為:Ti:2~5%，C:0.3~0.5%, Sr:5~10%，其余為Al ;鈦碳比大于5:1且小于25:1,鈦銀比大于1:4且小于3:4。
7.如權(quán)利要求6所述的電磁攪拌制備鋁鈦碳鍶細(xì)化劑的方法，其特征在于，步驟2)中，攪拌為人工攪拌。
【文檔編號(hào)】C22C21/00GK103993190SQ201410246105
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】趙紅亮, 趙開新, 孫啟宴, 翁康榮, 陳文博, 張洋 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)