[发明专利]一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属金属材料领域，特别涉及一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法，所制备的中间合金适用于铝、铝合金及锌铝合金的晶粒细化。

背景技术

目前的工业生产中，铝及其合金的晶粒细化方法通常是向铝熔体中添加含有TiB₂粒子的Al-Ti-B中间合金，含有TiC粒子的Al-Ti-C中间合金也有少量实际应用。

在长期使用过程中，Al-Ti-B中间合金出现一些难以克服的缺陷，如：TiB₂粒子尺寸较大，在细化过程中易聚集成团，导致细化效果下降，同时颗粒聚团会给产品带来表面质量缺陷；细化含有Zr、Cr元素的铝及其合金时，TiB₂粒子会中毒失去细化作用。能够克服以上缺陷的Al-Ti-C中间合金被认为是Al-Ti-B中间合金的更新换代产品，然而它本身也出现一些不尽人意的问题：TiC粒子在铝液中具有不稳定性，细化保温过程中会与铝反应而导致界面处生成Al₄C₃，使细化能力出现时间衰退问题；细化含有Si、Mn等元素的铝合金时，TiC粒子会与这些元素反应，产生“中毒”，导致细化能力下降。

申请号分别为93114567.8和90105092.X的中国发明专利、文献“特种铸造及有色合金，1997(1)：9-11”和文献“特种铸造及有色合金，2008年年会专刊，175-177”均报导：同时含有TiB₂和TiC粒子的Al-Ti-B-C中间合金可以克服上述Al-Ti-B和Al-Ti-C的“中毒”现象及细化的时间衰退等缺点，并能综合两者的优点，是一种优良的铝及铝合金细化剂。

目前已知的Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法有两种：第一种见文献“特种铸造及有色合金，2008年年会专刊，175-177”，制备过程是：分别制备出含有TiB₂粒子的Al-Ti-B中间合金和含有TiC粒子的Al-Ti-C中间合金，然后再将两者熔化机械混合于一起而得到Al-Ti-B-C细化剂。这一工艺方法存在的一个问题是多步反应，导致生产工序多、生产工期长，生产能耗高，因此生产成本较高。此外，生产Al-Ti-B的常用方法是将含有钛和硼元素的氟盐(如：K₂TiF₆、KBF₄)加入到铝液反应，氟盐与铝液反应过程中会腐蚀熔炼坩埚和工具，会在细化剂基体中残留有害的夹杂物，同时反应过程中还会大量释放出含有氟化物的有毒气体和烟雾，造成生产条件恶劣并污染大气环境。第二种制备Al-Ti-B-C中间合金的方法见申请号为90105092.X的中国发明专利，其工艺过程是先将纯钛加入铝液熔炼得到铝钛合金液，然后再将碳粉和KBF₄混合物加入到铝钛合金液中进行反应，反应过程可在大气中或真空中进行。由于原料中含有氟盐，另外在大气中反应时还需要冰晶石或其它卤盐作熔剂，这同样出现上述Al-Ti-B中间合金制备过程中由盐类带来的一系列问题。在真空中反应还需要真空设备和生产过程中的真空操作，会大大增加生产设备和工艺的复杂程度，使生产周期增长，导致生产成本增高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述Al-Ti-B-C中间合金细化剂制备方法的缺点和问题，提供一种新型的Al-Ti-B-C中间合金晶粒细化剂制备工艺，所制备的中间合金适用于铝、铝合金及锌铝合金的晶粒细化。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种Al-Ti-B-C中间合金细化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按下列质量比例准备原料：纯铝锭，66-98％；纯钛粉，1-20％；碳化硼(B₄C)粉，0.1-7％；纯铝粉，0-15％；

(2)用中频感应电炉将纯铝锭在坩埚内熔化成铝液，温度达到1000-1350℃时，将一定质量百分比的纯钛粉、碳化硼粉和纯铝粉的混合物加入到铝液中，反应3-15分钟后，进行精炼、除气，然后将合金液浇注到铸模中，即得Al-Ti-B-C中间合金细化剂。

本发明所述的一定质量百分比的纯钛粉、碳化硼粉和纯铝粉的混合物，预先用球磨机在氩气保护条件下球磨0.5-3小时，使三种粉末混合均匀。

本发明所述的纯钛粉与碳化硼粉的质量比例大于等于18∶7。

本发明所述的纯铝粉占纯钛粉、碳化硼粉和纯铝粉总质量的0-50％。

本发明所述的纯钛粉粒度小于200微米、碳化硼粉的粒度小于10微米。