一種優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑的制備方法，制備的鋁鈦硼細化劑的質(zhì)量百分比為：Ti為4.8~5.5%，B為0.8~1.2%，鋁為余量。該中間合金的制備方法包括根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式計算出二次加料所需的氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀，加料方式是分2次加料。兩次加料中氟鹽的配比為氟鈦酸鉀在第一次和第二次加料中的質(zhì)量比為1.09~1.52，氟硼酸鉀在第一次和第二次加料中的質(zhì)量比為0~0.2。但要始終保證第二次加料中氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀的質(zhì)量比為1.05:1。將配好的氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀均勻混合、烘干，分兩次勻速加入到純鋁熔體中，靜置一段時間后，攪拌3~5分鐘后，加氟化鈣2~5分鐘后除水渣澆注成棒。
【專利說明】
一種優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鋁合金熔煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于鋁具有較好的抗疲勞性能和成型性能、耐腐蝕性能和良好的導(dǎo)電性能，所以鋁合金產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天材料、包裝材料、建筑材料等工業(yè)領(lǐng)域，然而想要獲得具有綜合性能比較好的鋁合金產(chǎn)品，對于鋁合金材料的晶粒細化是比較切實可行的方法。而主要細化晶粒的方法有:動力學(xué)法和外來形核法。動力學(xué)法是用使用不同的振動方法使熔體金屬在凝固過程中不斷的熔斷，而這些熔斷的小碎塊充當了形核核心的作用，這樣也能達到晶粒細化的目的，一般我們能看到的工業(yè)上使用的動力學(xué)方法有熱對流法、機械攪拌法、超聲波震蕩法、電磁攪拌等。但這些方法對設(shè)備要求高、操作復(fù)雜且細化效果也不穩(wěn)定。而外來形核法是向熔體中加入形核劑，讓熔體凝固過程中按照異質(zhì)形核的方式生長，最終達到晶粒細化的效果，細化劑主要是以中間合金的方式來應(yīng)用。目前市場上常見的細化劑合金主要有Al-Ti合金、Al-T1-B合金、Al-T1-C合金等。這種方法效果穩(wěn)定、操作簡單且作用快，成為細化晶粒的主流研究方向。
[0003]目前常用的細化劑主要有T1-B系列(英國專利1413848),Al-T1-B中間合金(如美國專利3857705)等。這類細化劑主要缺點就是TiB2相的尺寸及形貌難以控制。國內(nèi)目前開發(fā)的許多細化劑中TiB2粒子尺寸偏大，在使用過程中易發(fā)生聚集、沉淀等現(xiàn)象，大大降低了細化劑的細化效果。另外國內(nèi)的A 1- T 1- B -稀土 R E晶粒細化劑及其制備方法(CNl O 2424923A )、一種快速凝固Al-T1-B-Sc中間合金細化劑及其制備方法(CN103589916A)、A1-T1-B晶粒細化劑的制備方法(CN 1605642)等。而這類細化劑主要是通過施加新工藝如電磁攪拌和快速凝固等手段來使第二相達到細小彌散的目的，以及通過添加新的合金元素來制備新型細化劑。
[0004]現(xiàn)有的發(fā)明優(yōu)點是制備的細化劑組織和細化效果好，缺點是并不容易應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，同時添加新的合金元素雖然簡單但是會增加制備成本。企業(yè)生產(chǎn)主要是連鑄連乳，注重效率和成本。因此，在傳統(tǒng)簡單的氟鹽法制備鋁鈦硼中間合金的基礎(chǔ)上，通過改變加料比例來制備含有更加細小TiB2相的細化劑是非常有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足和缺陷，提供一種通過新加料比例來制備優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑的制備方法?？s短在細化劑制備過程中TiB2粒子在熔體中的停留時間，以獲得尺寸更加細小TiB2粒子，從而提高細化劑的細化效果。
[0006]技術(shù)方案:
一種優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑，該鋁鈦硼細化劑的成分及質(zhì)量百分比為:
Ti4.8~5.5%； B0.8-1.2%;
余量為Al及制備過程中不可避免的雜質(zhì)。
[0007]所述的優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑的制備方法，該方法包括如下步驟:
(1)備料:氟硼酸鉀、氟鈦酸鉀和純鋁；
(2)使用高純石墨坩禍將純鋁在電阻爐中熔化并升溫至800°C;
(3)將氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀均勻混合、烘干，分兩次勻速加入到純鋁熔體中，兩次加入氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀的量根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式6KBF4+3K2TiF6+10Al=3TiB2+9KAlF4+K3AlF6和3K2TiF6+13Al=3TiA13+3KAlF4+K3AlF6 計算得出；
(4)將熔體靜置，攪拌3?5分鐘；
(5)加入氟化鈣，靜置2?5分鐘，除水渣，澆注成棒。
[0008]在所述步驟(3)中，優(yōu)先確定兩次加料中氟硼酸鉀的投料質(zhì)量比為O?0.2，即氟硼酸鉀在第二次加料中的投料質(zhì)量為所需氟硼酸鉀總量的83.3%?100%。
[0009]在所述步驟(3)中，始終保證第二次加料中氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀的質(zhì)量比為1.05:1;通過氟硼酸鉀來確定兩次加料中的氟鈦酸鉀的比例;氟鈦酸鉀的第一次投料量和第二次投料量的質(zhì)量比為1.09-1.52。
[0010]在所述步驟(3-5)中，保持熔體溫度750?800°C。
[0011 ] 在所述步驟(3)中，加料總時間為5?8分鐘;在所述步驟(4)中，靜置10?18分鐘。
[0012]優(yōu)點及效果:本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀在兩次加料中采用新的比例，并不需要額外引進新的合金元素及工藝手段，制備工藝成本低、操作簡單、實用。另外通過新加料比例的制備方法，可以大大縮短TiB2粒子在熔體中的停留時間，使其沒有充足的時間長大，從而獲得尺寸更加細小的TiB2粒子，其平均等效圓直徑約為50?80納米;細小的TiB2粒子有更慢的下沉速度，從而緩解其聚集、沉淀等問題。同時，在電磁、機械等攪拌下，TiB2粒子可以有更彌散的分布。整個工藝與企業(yè)實際工藝接近，可以更好的應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。
[0013]【附圖說明】:
圖1為傳統(tǒng)工藝制備的鋁鈦硼細化劑掃描組織；
圖2為實施例1中制備鋁鈦硼細化劑的掃描組織；
圖3為實施例2中制備鋁鈦硼細化劑的掃描組織；
圖4?圖7為三組細化劑對高純鋁細化處理后高純鋁的宏觀組織，依次為:
圖4未細化高純鋁；
圖5傳統(tǒng)工藝細化劑細化；
圖6實施例1細化劑細化；
圖7實施例2細化劑細化；
圖8為未細化及三組細化劑分別細化后高純鋁的晶粒度。
[0014]【具體實施方式】:
本發(fā)明是由如下方案實施的:
一種優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑，該鋁鈦硼細化劑的成分及質(zhì)量百分比為:
Ti4.8~5.5%；
B0.8~1.2%； 余量為Al及制備過程中不可避免的雜質(zhì)。
[0015]所述的優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑的制備方法，該方法包括如下步驟:
(1)備料:氟硼酸鉀、氟鈦酸鉀和純鋁；
(2)使用高純石墨坩禍將純鋁在電阻爐中熔化并升溫至800°C;
(3)將氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀均勻混合、烘干，分兩次勻速加入到純鋁熔體中，兩次加入氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀的量根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式6KBF4+3K2TiF6+10Al=3TiB2+9KAlF4+K3AlF6和3K2TiF6+13Al=3TiA13+3KAlF4+K3AlF6 計算得出；
(4)將熔體靜置，攪拌3?5分鐘；
(5)加入氟化鈣，靜置2?5分鐘，除水渣，澆注成棒。
[0016]在所述步驟(3)中，優(yōu)先確定兩次加料中氟硼酸鉀的投料質(zhì)量比為O?0.2，即氟硼酸鉀在第二次加料中的投料質(zhì)量為所需氟硼酸鉀總量的83.3%?100%。
[0017]在所述步驟(3)中，始終保證第二次加料中氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀的質(zhì)量比為1.05:1;通過氟硼酸鉀來確定兩次加料中的氟鈦酸鉀的比例;氟鈦酸鉀的第一次投料量和第二次投料量的質(zhì)量比為1.09-1.52。
[0018]在所述步驟(3-5)中，保持熔體溫度750?800°C。
[0019]在所述步驟(3)中，加料總時間為5?8分鐘;在所述步驟(4)中，靜置10?18分鐘。
[0020]結(jié)合本
【發(fā)明內(nèi)容】
進一步描述，并提供實施例進一步說明:
實施例1
(I)按生成重量百分比Ti為5%，B為1%，鋁為余量分別稱取氟硼酸鉀66.3g、氟鈦酸鉀132.58和純鋁552.38。
[0021](2)按第一次和第二次加料的質(zhì)量比為1:5，將稱好的氟硼酸鉀分成2份;按第一次和第二次加料的質(zhì)量比為1.52:1，將稱好的氟鈦酸鉀分成2份。
[0022](3)將每次加料所需的氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀均勻混合、并在80°C的干燥箱內(nèi)烘干。
[0023](4)利用高純石墨坩禍，將工業(yè)純鋁在電阻爐中熔化并升溫至800°C。
[0024](5)第一次加料，將配好的混合氟鹽利用漏斗以勻速加料7分鐘，加料時用石墨棒攪拌，加料后靜置15分鐘。
[0025](6)攪拌3分鐘后除水渣。
[0026](7)第二次加料同樣將配好的混合氟鹽利用漏斗以勻速加料7分鐘，加料時用石墨棒攪拌。加料后靜置15分鐘。
[0027](8)攪拌3分鐘后除水渣后，加氟化鈣打渣。靜置2分鐘后澆注成棒。
[0028]將所制備的細化劑進行金相實驗，通過場發(fā)射掃描電鏡觀察其顯微組織，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)工藝相比，大塊的TiB2粒子及團塊減少，平均尺寸更加細小。同時對比圖5、圖6，實例I中制備的中間合金細化效果更好。
[0029]實施例2
(I)按生成重量百分比Ti為5%，B為1%，鋁為余量分別稱取氟硼酸鉀67.81g、氟鈦酸鉀135.6g 和純鋁 565.1g。
[0030](2)按第一次和第二次加料的質(zhì)量比為0:1，將稱好的氟硼酸鉀分成2份;按第一次和第二次加料的質(zhì)量比為1.09:1，將稱好的氟鈦酸鉀分成2份。
[0031](3)將每次加料所需的氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀均勻混合、并在80°C的干燥箱內(nèi)烘干。
[0032](4)利用高純石墨坩禍，將工業(yè)純鋁在電阻爐中熔化并升溫至800°C。
[0033](5)第一次加料，將配好的混合氟鹽利用漏斗以勻速加料7分鐘，加料時用石墨棒攪拌，加料后靜置15分鐘。
[0034](6)攪拌3分鐘后除水渣。
[0035](7)第二次加料同樣將配好的混合氟鹽利用漏斗以勻速加料7分鐘，加料時用石墨棒攪拌。加料后靜置15分鐘。
[0036](8)攪拌3分鐘后除水渣后，加氟化鈣打渣。靜置2分鐘后澆注成棒。
[0037]將所制備的鋁鈦硼細化劑進行金相實驗、成分分析和細化實驗，通過場發(fā)射掃描電鏡觀察其顯微組織，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)工藝相比，大塊的TiB2粒子及團塊基本消失，平均尺寸更加細小，其平均等效圓直徑約為50?80納米之間；同時，由于比較慢的加料速度使得氟鹽的燒損減少、實收率升高。然后在730 0C下細化高純鋁，細化劑的添加量為0.2%，保溫2?3分鐘后澆注到環(huán)模內(nèi)凝固。通過，圖5、圖6、圖7可以看出，相比于傳統(tǒng)工藝制備的細化劑，實例I和實例2中制備的細化劑細化效果更好，實例2中制備鋁鈦硼細化劑的細化性能較傳統(tǒng)工藝提1?約I 0% D
【主權(quán)項】
1.一種優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑，其特征在于:該鋁鈦硼細化劑的成分及質(zhì)量百分比為: Ti4.8-5.5%; B0.8-1.2%; 余量為Al及制備過程中不可避免的雜質(zhì)。2.—種如權(quán)利要求1所述的優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑的制備方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: (1)備料:氟硼酸鉀、氟鈦酸鉀和純鋁； (2)使用高純石墨坩禍將純鋁在電阻爐中熔化并升溫至800°C; (3)將氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀均勻混合、烘干，分兩次勻速加入到純鋁熔體中，兩次加入氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀的量根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式6KBF4+3K2TiF6+10Al=3TiB2+9KAlF4+K3AlF6和3K2TiF6+13Al=3TiA13+3KAlF4+K3AlF6 計算得出； (4)將熔體靜置，攪拌3?5分鐘； (5 )加入氟化鈣，靜置2?5分鐘，除水渣，澆注成棒。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑的制備方法，其特征在于:在所述步驟(3)中，優(yōu)先確定第一次加料與第二次加料中氟硼酸鉀的投料質(zhì)量比為O?0.2，即氟硼酸鉀在第二次加料中的投料質(zhì)量為所需氟硼酸鉀總量的83.3%?100%。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑的制備方法，其特征在于:在所述步驟(3)中，始終保證第二次加料中氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀的質(zhì)量比為1.05:1，通過氟硼酸鉀來確定兩次加料中的氟鈦酸鉀的比例;氟鈦酸鉀的第一次投料量和第二次投料量的質(zhì)量比為1.09?1.52。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑的制備方法，其特征在于:在所述步驟(3)-(5)中，保持熔體溫度750?800 °C。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的優(yōu)質(zhì)鋁鈦硼細化劑的制備方法，其特征在于:在所述步驟(3)中，加料總時間為5?8分鐘;在所述步驟(4)中，靜置10?18分鐘。
【文檔編號】C22C32/00GK105925854SQ201610342739
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】李潤霞, 于寶義, 張文華, 鄭黎, 聶賽男, 任國慶, 林亞冬
【申請人】沈陽工業(yè)大學(xué)