一種鋁合金復(fù)合孕育劑及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁合金復(fù)合孕育劑及其制備方法，鋁合金復(fù)合孕育劑，其組分按質(zhì)量百分比計(jì)：Ti4%～10%，Zr4%～10%，余量為Al。其制備的方法是：按設(shè)定的成分配比稱(chēng)取原料Al-10Ti中間合金和Al-10Zr中間合金進(jìn)行配料，在真空環(huán)境下對(duì)熔體進(jìn)行高頻電磁震蕩處理，再經(jīng)快速凝固處理制得用于鋁合金晶粒細(xì)化的復(fù)合孕育劑。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：該復(fù)合孕育劑是由Al、Ti和Zr三種元素組成的，不含貴金屬，其成本較低，且在變質(zhì)過(guò)程中燒損小，穩(wěn)定性好；實(shí)現(xiàn)了晶粒的進(jìn)一步細(xì)化，使鋁合金組織完全轉(zhuǎn)變成細(xì)小且均勻的等軸晶、使鋁合金的力學(xué)性能得到顯著的提高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種錯(cuò)合金復(fù)合孕育劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金孕育劑領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金復(fù)合孕育劑及其制備方法， 主要用于細(xì)化鋁合金的晶粒組織、提高鋁合金的綜合力學(xué)性能，并顯著提高孕育劑的抗晶 粒細(xì)化衰退性能。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一類(lèi)有色金屬材料，不僅具有低密度，高比 強(qiáng)、高比剛度及優(yōu)良的導(dǎo)熱性等特點(diǎn)，同時(shí)還有良好的導(dǎo)電性、易成型以及良好的抗應(yīng)力腐 蝕性能，在航空、航天、汽車(chē)、船舶、機(jī)械制造及化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著高新

【技術(shù)領(lǐng)域】的不斷發(fā)展，對(duì)鋁合金材料的微觀組織與力學(xué)性能也提出了更高層次的要求，但 由于鋁合金在前期的鑄造過(guò)程中，易出現(xiàn)粗大且不均勻的晶粒組織，使合金的強(qiáng)度、塑性及 韌性顯著降低，且明顯降低了合金的高溫疲勞和高溫耐腐蝕性能等，極大地限制了鋁合金 作為結(jié)構(gòu)件在航空航天等領(lǐng)域的使用和推廣。
[0003] 目前，在鑄造過(guò)程中通過(guò)向熔體中添加孕育劑來(lái)細(xì)化合金晶粒來(lái)改善鋁合金組 織，是有效的提高和充分的發(fā)揮鋁合金性能的最有效途徑之一。Ti、Zr是鋁合金較為常用 的孕育劑，二者單獨(dú)添加能分別形成Al 3Ti和Al3Zr粒子，這兩種粒子都能充當(dāng)基體的形核 核心，故都能對(duì)鋁合金產(chǎn)生一定的晶粒細(xì)化效果。但當(dāng)熔體在高溫下長(zhǎng)時(shí)間停留時(shí)，熔體中 的Al 3Ti和Al3Zr粒子會(huì)發(fā)生粗化、聚集和沉淀，最終喪失充當(dāng)基體形核核心的作用，細(xì)化效 果會(huì)很快消失，使最終獲得的合金力學(xué)性能并未得到顯著提高。故Ti或Zr單獨(dú)添加時(shí)的 細(xì)化效果并不理想，抗晶粒細(xì)化衰退性能差(細(xì)化長(zhǎng)效性差)，Ti或Zr單獨(dú)作為鋁合金孕育 劑的使用尚存在較大的局限性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種鋁合金復(fù)合孕育劑及其制備方法，由其所得的復(fù)合孕 育劑不僅具有優(yōu)異的晶粒細(xì)化效果及良好的抗晶粒細(xì)化衰退性能(細(xì)化長(zhǎng)效性)，同時(shí)使細(xì) 化后的鋁合金力學(xué)性能得到顯著提高。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種鋁合金復(fù)合孕育劑，所述孕育劑為 中間合金復(fù)合孕育，在真空環(huán)境下經(jīng)高頻電磁震蕩后快速凝固處理制得的；其特征在于： 由Al、Ti、Zr三種元素組成，其組分按質(zhì)量百分比計(jì)：Ti 4%?10%，Zr 4%?10%，余量為 Al0
[0006] -種鋁合金復(fù)合孕育劑的制備方法，其特征在于方法步驟如下： (1) 配料，按設(shè)計(jì)好的化學(xué)成分配比：Ti 4%?10%，Zr 4%?10%，余量為Al，稱(chēng)取原料 Al-IOTi中間合金和Al-IOZr中間合金進(jìn)行配料； (2) 真空環(huán)境下高頻電磁震蕩熔煉；將第一步準(zhǔn)備好的全部配料放入真空高頻電 磁震蕩電弧爐內(nèi)，將爐內(nèi)真空度抽至6X KT2Pa?6X KT3Pa,然后向熔煉真空室內(nèi)通入 0. 05-0. 06MPa的高純氬氣，再將爐溫設(shè)置為預(yù)定的溫度，直至配料全部熔化后，并在高頻電 磁震蕩下保溫5?10分鐘； (3)快速冷卻制得中間合金復(fù)合孕育劑；當(dāng)熔體保溫到指定時(shí)間后，澆入液氮冷卻環(huán)境 下的石英模具中，制得中間合金復(fù)合孕育劑。
[0007] 本發(fā)明所述該復(fù)合孕育劑是便于分散和均勻的中間合金復(fù)合孕育劑，且同時(shí)含有 Al3Ti、Al3Zr和Al3 (Ti, Zr)三種異質(zhì)形核粒子。
[0008] 本發(fā)明所述在應(yīng)用方面，為了對(duì)比復(fù)合孕育劑和普通的單項(xiàng)孕育劑對(duì)純鋁的晶粒 細(xì)化效果及各自的抗晶粒細(xì)化衰退性能的優(yōu)劣。按每IOOOg純鋁熔體中分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為0. 35%中間合金孕育劑。烙煉溫度為745°C，并通氦氣保護(hù)，待合金完全融化后，用金屬鐘 罩將已用鋁箔包裹且預(yù)熱的六氯乙烷壓入熔體中，并不斷攪拌以充分發(fā)揮精煉劑的除渣脫 氫作用，在730°C保溫不同時(shí)間后澆注，隨后測(cè)量所得合金的晶粒尺寸，并對(duì)合金的力學(xué)性 能進(jìn)行測(cè)試。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是： 1、存在Ti、Zr的復(fù)合孕育劑不僅存在Ti或Zr單項(xiàng)孕育時(shí)形成的異質(zhì)形核粒子Al3Ti 和Al3Zr,同時(shí)還形成了大量尺寸更小，彌散度更高的異質(zhì)形核粒子Al3 (Ti, Zr)，進(jìn)一步增 加了異質(zhì)形核核心的數(shù)量；三種形核粒子共同作用實(shí)現(xiàn)了晶粒的進(jìn)一步細(xì)化，使鋁合金組 織完全轉(zhuǎn)變成細(xì)小且均勻的等軸晶、使鋁合金的力學(xué)性能得到顯著的提高。
[0010] 2、Ti、Zr同時(shí)存在所形成的Al3(Ti，Zr)異質(zhì)粒子具有極高的熱穩(wěn)定性，在高溫長(zhǎng) 時(shí)間保溫下也不易發(fā)生粗化、聚集和沉淀，仍保持其細(xì)小的尺寸和均勻彌散的分布狀態(tài)，仍 可充當(dāng)基體的有效異質(zhì)核心，從而顯著提高了復(fù)合孕育劑的抗晶粒細(xì)化衰退性能。
[0011] 3、本發(fā)明方法克服了現(xiàn)有的制備中間合金晶粒細(xì)化劑的氧化物法、氟鹽法和純鈦 顆粒法等方法的工序繁雜、對(duì)設(shè)備要求苛刻及制備成本高的缺點(diǎn)，具有制備成本低，工藝簡(jiǎn) 單，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
[0012] 4、該復(fù)合孕育劑是由Al、Ti和Zr三種元素組成的，不含貴金屬，其成本較低，且在 變質(zhì)過(guò)程中燒損小，穩(wěn)定性好，高效且效果持久。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例制得的鋁合金復(fù)合孕育劑的X-射線衍射圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明不同孕育劑對(duì)純鋁的細(xì)化效果宏觀組織對(duì)比圖。
[0015] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1在不同的保溫時(shí)間下的宏觀組織形貌對(duì)比圖。
[0016] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2在不同的保溫時(shí)間下的宏觀組織形貌對(duì)比圖。
[0017] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例3在不同的保溫時(shí)間下的宏觀組織形貌對(duì)比圖。
[0018] 在圖2中，（a)母材，（b)實(shí)施例1，（c)實(shí)施例2,（d)實(shí)施例3。
[0019] 在圖 3 中，（e) 20min，（f) 50min，（g) 80min，（h) llOmin。
[0020] 在圖 4 中，（i) 20min，（ j) 50min，（k) 80min，（I) llOmin。
[0021] 在圖 5 中，（m) 20min，（n) 50min，（o) 80min，（p) llOmin。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0023] 實(shí)施例一 根據(jù)本發(fā)明孕育劑的化學(xué)成分范圍，對(duì)所需的復(fù)合孕育劑進(jìn)行了加工和制備，制備工 藝流程如下： 按設(shè)計(jì)好的化學(xué)成分配比：Ti 10%，Zr 0%，A190%，稱(chēng)取國(guó)產(chǎn)的原料Al-IOTi中間合金 和Al-IOZr中間合金進(jìn)行配料。將準(zhǔn)備好的全部配料放入真空高頻電磁震蕩電弧爐內(nèi)，將 爐內(nèi)真空度抽至6 X KT2Pa?6 X 10_3Pa，然后向熔煉真空室內(nèi)通入0. 05MPa的高純氬氣，再 將爐溫設(shè)置為預(yù)定的溫度，直至配料全部熔化后，在電磁震蕩下保溫5分鐘。當(dāng)熔體保溫到 制定時(shí)間后，澆入液氮冷卻環(huán)境下的石英模具中，制得中間合金復(fù)合孕育劑。
[0024] 實(shí)施例二 根據(jù)本發(fā)明孕育劑的化學(xué)成分范圍，對(duì)所需的復(fù)合孕育劑進(jìn)行了加工和制備，制備工 藝流程如下： 按設(shè)計(jì)好的化學(xué)成分配比：Ti 0%，Zr 10%，A190%，稱(chēng)取國(guó)產(chǎn)的原料Al-IOTi中間合金 和Al-IOZr中間合金進(jìn)行配料。將準(zhǔn)備好的全部配料放入真空高頻電磁震蕩電弧爐內(nèi)，將 爐內(nèi)真空度抽至6X KT2Pa?6X KT3Pa，然后向熔煉真空室內(nèi)通入0. 06MPa的高純氬氣， 再將爐溫設(shè)置為預(yù)定的溫度，直至配料全部熔化后，在電磁震蕩下保溫10分鐘。當(dāng)熔體保 溫到制定時(shí)間后，澆入液氮冷卻環(huán)境下的石英模具中，制得中間合金復(fù)合孕育劑。
[0025] 實(shí)施例三 根據(jù)本發(fā)明孕育劑的化學(xué)成分范圍，對(duì)所需的復(fù)合孕育劑進(jìn)行了加工和制備，制備工 藝流程如下： 按設(shè)計(jì)好的化學(xué)成分配比：Ti 5%，Zr 5%，A190%，稱(chēng)取國(guó)產(chǎn)的原料Al-IOTi中間合金和 Al-IOZr中間合金進(jìn)行配料。將準(zhǔn)備好的全部配料放入真空高頻電磁震蕩電弧爐內(nèi)，將爐內(nèi) 真空度抽至6 X KT2Pa?6 X 10_3Pa，然后向熔煉真空室內(nèi)通入0. 06MPa的高純氬氣，再將爐 溫設(shè)置為預(yù)定的溫度，直至配料全部熔化后，在電磁震蕩下保溫8分鐘。當(dāng)熔體保溫到制定 時(shí)間后，澆入液氮冷卻環(huán)境下的石英模具中，制得中間合金復(fù)合孕育劑。
[0026] 采用本發(fā)明的復(fù)合孕育劑和對(duì)比單項(xiàng)孕育劑來(lái)細(xì)化高純鋁。所用的復(fù)合孕育劑和 對(duì)比單項(xiàng)孕育劑的化學(xué)成分如表1所示。
[0027] 表1實(shí)施例母材、單項(xiàng)孕育劑及復(fù)合孕育劑的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比％)

【權(quán)利要求】
1. 一種鋁合金復(fù)合孕育劑，所述孕育劑為中間合金復(fù)合孕育，在真空環(huán)境下經(jīng)高頻電 磁震蕩后快速凝固處理制得的；其特征在于：由Al、Ti、Zr三種元素組成，其組分按質(zhì)量百 分比計(jì)：Ti 4%?10%，Zr 4%?10%，余量為A1。
2. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金復(fù)合孕育劑的制備方法，其特征在于方法步驟如 下： (1) 配料，按設(shè)計(jì)好的化學(xué)成分配比：Ti 4%?10%，Zr 4%?10%，余量為A1，稱(chēng)取原料 Al-10Ti中間合金和Al-10Zr中間合金進(jìn)行配料； (2) 真空環(huán)境下高頻電磁震蕩熔煉；將第一步準(zhǔn)備好的全部配料放入真空高頻電 磁震蕩電弧爐內(nèi)，將爐內(nèi)真空度抽至6X l(T2Pa?6X l(T3Pa，然后向熔煉真空室內(nèi)通入 0. 05-0. 06MPa的高純氬氣，再將爐溫設(shè)置為預(yù)定的溫度，直至配料全部熔化后，并在高頻電 磁震蕩下保溫5?10分鐘； (3) 快速冷卻制得中間合金復(fù)合孕育劑；當(dāng)熔體保溫到指定時(shí)間后，澆入液氮冷卻環(huán)境 下的石英模具中，制得中間合金復(fù)合孕育劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋁合金復(fù)合孕育劑的制備方法，其特征在于：所述 制得的復(fù)合孕育劑是便于分散和均勻的中間合金復(fù)合孕育劑，同時(shí)含有Al3Ti、Al3Zr和 Al3(Ti，Zr)三種異質(zhì)形核粒子。
【文檔編號(hào)】C22C21/00GK104388729SQ201410608318
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】楊成剛, 余愛(ài)武, 黃忠寶, 冀海貴 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)