[发明专利]电流与晶粒细化剂联用复合细化铝合金凝固组织的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金凝固组织的细化工艺方法，具体的说，涉及一种电流与晶粒细化剂联用复合细化铝合金凝固组织的方法，属于金属材料与冶金技术领域。

背景技术

铝是目前世界上产量最大、应用范围最广的有色金属材料，其用量仅次于钢铁，在机械、交通、化工、电力、电子、建筑等领域都有广泛的应用。随着科学技术的发展，各领域对铝合金的组织和性能提出了更高的要求，进一步细化凝固组织成为改进铝合金材料性能的有效方法之一。

目前工业上最常用、效果最好的铝合金细化剂是Al-Ti-B中间合金线材，其细化机理为：TiAl₃异质核心促进α-Al晶核的生成，或是加速α-Al树枝晶晶体的增殖。研究表明，Al-Ti-B进入Al熔体后能生成多种化合物，如TiAl₃、TiB₂、(Al，Ti)B₂、AlB₂等，其中，TiAl₃的含量、稳定性直接影响细化剂对铝合金的细化效果。该细化剂的生产技术在国外早已成熟，20世纪80年代后我国开始开发Al-Ti-B细化剂线材。由于生产条件和技术水平的落后，造成产品与进口产品还有一定的差距，主要体现在B含量低、纯净度差，第二相尺寸、形貌和分布不合标准等。当前高性能铝合金所用到的细化剂主要依赖进口，直接导致生产成本的提高。这些现状都严重地制约了我国铝合金行业的发展。同时，Al-Ti-C化合物也能够起到细化铝合金凝固组织的效果。

有研究表明，通过在合金凝固过程中施加电流产生能量起伏，能够进一步地细化凝固组织。其作用机制可简述为：降低形核能垒，提高形核率，增加游离晶核对流，破碎枝晶、抑制生长等。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术单一使用铝合金细化剂对铝合金凝固组织进行细化的不足，提供一种电流与晶粒细化剂联用复合细化铝合金凝固组织的方法，利用成分起伏与能量起伏的原理，通过采用物理细化与化学细化相结合的复合方法，降低相变驱动力、提高形核率并抑制生长，实现铝合金凝固组织的进一步细化，提高合金力学性能，并打破我国铸造铝合金行业长期依赖进口晶粒细化剂的局面。

为实现以上目的，本发明通过如下技术方案解决其技术问题：

一种电流与晶粒细化剂联用复合细化铝合金凝固组织的方法，其特征在于：在铝合金熔炼过程中添加晶粒细化剂，在铝合金凝固过程中通入电流直至铝合金完全凝固。

本发明所述的电流与晶粒细化剂联用复合细化铝合金凝固组织的方法，其包括以下具体步骤：

(1)在模具的铸型中安置电极，并将电极与电源相接，预先调节好电流参数；

(2)依次通过常规的熔化、精炼、除气和扒渣工序对铝合金进行熔炼；

(3)待铝合金母液温度稳定至设定温度，添加晶粒细化剂并进行搅拌；

(4)向模具的铸型中浇注铝合金母液，同时打开电源开关，从浇注开始直至铸件完全凝固期间持续通入电流，得到细化的铝合金凝固组织。

所述的电极材料为镁、铝、锌、铜、石墨或钢。

所述的晶粒细化剂为Al-Ti-B或Al-Ti-C。

所述的电流为直流电流、交流电流或脉冲电流，其中，直流电流为60A，脉冲电流为峰值100A，频率500Hz，占空比30％，交流电为60A，50Hz。

本发明思路新颖，集化学细化、物理细化技术于一体，具有复合细化功能，其通过使用国产晶粒细化剂，采用基本铸造工艺与简单的生产设备，实现了铝合金凝固组织的细化。因而本发明具有以下优点：

1、电流与晶粒细化剂复合作用降低了形核能垒，提高了形核率，增加了游离晶核对流，抑制了生长，提高了铝合金细化效果，提高了铝合金力学性能。

2、所述方法能够在不降低铝合金性能的前提下，有效地减少或取代进口晶粒细化剂的使用，降低了成本，能够满足我国铸造铝合金行业前进与企业发展的迫切需求，具有极大的推广价值。

3、通电过程中，电极材料的扩散对铝合金起到了少量补偿合金元素的作用。

附图说明

图1为电流处理装置示意图。

图2为实施例一中不同处理工艺得到的纯铝凝固组织，其中，

图2(a)为1#纯铝铸锭，图2(b)为Al-Ti-C细化处理得到的2#纯铝铸锭，图2(c)为电流和Al-Ti-C复合细化处理得到的3#纯铝铸锭。

图3为实施例二中不同处理工艺得到的A356铝合金凝固组织，其中，