[发明专利]一种 Al-Ti-C-Er细化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于细化剂技术领域，特别涉及一种铝合金稀土细化剂及制备方法。

背景技术

添加晶粒细化剂不仅可以细化铸态晶粒，细化枝晶组织，还能够减少疏松，降低热裂倾向，减少铸造缺陷，提高后续的加工性能。近年来随着对铝合金细化剂的研究，开发出Al-Ti-C晶粒细化剂。Al-Ti-C晶粒细化剂中的TiC粒子尺寸小，不易聚集，分布均匀，并且与Al具有很好的共格性等优点，而受到广泛关注。由于C在Al中的润湿性较差，制备十分困难，通过强烈搅拌或者高温反应制备Al-Ti-C晶粒细化剂，增加了制备成本，限制了Al-Ti-C晶粒细化剂的广泛应用。稀土元素是表面活性物质，添加到铝熔体中降低铝的表面能；稀土能够细化晶粒和枝晶组织：稀土元素易吸附在晶界和相界处，阻碍晶粒的长大；稀土元素偏析系数较大，易形成较大的成分过冷。基于稀土的众多细化优点及其变质作用，在制备Al-Ti-C晶粒细化剂的过程中，添加稀土元素，可以提高C在铝中的润湿性，从而提高反应效率，制备更加高效的细化剂。

发明内容

本发明采用自蔓延反应法，添加不同含量的稀土Er，研制一种高效、长效、洁净的Al-Ti-C-Er复合变质细化剂。

为解决上述问题，本专利主要技术方案为：添加不同含量的稀土Er，制备一种复合变质细化剂。

一种Al-Ti-C-Er复合变质细化剂，包含如下的质量百分比组份，Ti：3.0-10.0wt%，C：0.15-0.5wt%，Er：0.1-0.3wt%，余量为Al；Ti/C的质量比=16-22（优选50/3），细化剂物相包括α-Al、TiAl₃、TiC、Al₃Er、AlErTi三元相等。细化剂中TiC粒子尺寸在0.5μm以下，均匀分布且呈球状；TiAl₃粒子10um以下，均匀分布，且成块状，其细化能力明显高于传统Al-Ti-C细化剂，且具有变质作用。

上述复合变质细化剂的制备方法，其特征在于Er以中间合金形式添加，Ti和C以单质粉末状加入，采用自蔓延反应法制备，具体包括以下步骤：

（1）原料准备，按要求称量石墨粉、钛粉、铝粉、Al-Er中间合金、铝锭，要求钛粉与石墨粉的质量比为16-22，铝粉占石墨粉、钛粉和铝粉总质量的40%以上，铝锭纯度99.9%；

（2）将钛粉、铝粉、石墨粉末混合均匀，将混合均匀的粉末置于模具中，压制成块体；

（3）利用井式电阻炉将铝锭加热至780-800℃，待铝锭完全熔化，覆盖一层冰晶石覆盖剂；石墨钟罩压入Al-Er中间合金，静置，直至中间合金完全熔化并且扩散均匀；再将熔体升温至800-900℃，石墨钟罩压入步骤（2）的块体，石墨棒均匀搅拌，反应10min；反应完成后，静置5min，压入C₂Cl₆精炼，扒渣，将铝熔体浇注到已预热250℃的钢模中，获得Al-Ti-C-Er变质细化剂。

上述优选冰晶石和C₂Cl₆在100℃加热1h，去除水分；将模具和扒渣勺等工具涂刷一层涂料，防止Fe杂质元素污染细化剂。选用石墨坩埚进行熔炼，石墨棒搅拌，防止Si的污染。

钛粉325目，石墨粉300目。铝粉占石墨粉、钛粉和铝粉总质量的40%以上，混合均匀，压制成块。

铝熔体达到一定温度，压入粉块，均匀搅拌，使其发生燃烧反应。

本发明解决了TiC制备难的问题，稀土Er的添加，提高的C在Al中的润湿性，提高了反应效率。减小了细化剂中TiAl₃、TiC粒子尺寸，改善了其形貌与分布，提高了细化效率，是一种稳定、长效、高效、洁净的Al-Ti-C-Er复合变质细化剂。

附图说明

图1为850℃自蔓延反应法制备的细化剂的金相图；

其中：a实施例1添加0.2Er；b对比例未添加稀土Er元素；

图2为Al-5Ti-0.3C-0.2Er细化剂的SEM图；

图3为Al-5Ti-0.3C-0.2Er细化剂的物相定量分析。

具体实施方式

实施例1

自蔓延反应法制备Al-5Ti-0.3C-0.2Er细化剂过程如下：

1.原料准备，细化剂由铝锭、铝粉、钛粉、石墨粉、Al-Er中间合金、C₂Cl₆和冰晶石覆盖剂制备。其中铝锭纯度99.9%，粉末粒度，Ti粉325目，C粉300目。