[发明专利]Al‑TiO2‑C晶粒细化剂及其制备方法及工业纯铝细化方法

说明书

技术领域

本发明涉及细化剂及铝的细化方法，特别涉及Al-TiO₂-C晶粒细化剂及其制备方法及工业纯铝细化方法。

背景技术

晶粒细化在提高铝及其合金质量方面起到重要作用。添加晶粒细化剂是提高铝材综合性能最简单有效的方法。晶粒细化剂内含有潜在的形核的颗粒，加入到铝熔体中后抑制柱状晶的长大，从而形成均匀细小的等轴晶。细小晶粒不仅可以减少微观缩孔等缺陷，还可减小第二相的尺寸，最终提高铝材的机械性能。目前人们比较常用的细化剂是Al-Ti-B系晶粒细化剂，但Al-Ti-B系细化剂存在一些缺点，如TiB₂粒子容易聚集，并且当铝合金中含Zr、Mn等元素时，就失去细化作用，即细化剂“中毒”现象。随后研究者们研发了Al-Ti-C晶粒细化剂，并对该细化剂成分设计及细化性能作了大量研究。但有研究证实Al-Ti-C晶粒细化剂细化效果不稳定，抗衰退性能较差。Al-Ti-C晶粒细化剂中TiC粒子细小不容易控制，含量太少时细化效果不显著，若含量过多体系为了降低能量TiC粒子则偏聚在一起并下沉到熔体底部，起不到细化作用，Al-Ti-C晶粒细化剂并没有得到大量推广使用。因此，开发一种价格低廉、细化效果良好且抗衰退性能较好的细化剂意义深远。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种价格低廉、细化效果良好且抗衰退性能较好的Al-TiO₂-C晶粒细化剂,并且提供这种Al-TiO₂-C晶粒细化剂的制备方法以及利用这种Al-TiO₂-C晶粒细化剂的工业纯铝细化方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种Al-TiO₂-C晶粒细化剂，由Al粉、TiO₂粉和C粉组成。

上述Al-TiO₂-C晶粒细化剂，Al粉粒度为40-50μm、TiO₂粉粒度为20-40nm、C粉粒度为30-95μm。

上述Al-TiO₂-C晶粒细化剂，C的物质的量与TiO₂的物质的量之比为1:30-1:10。

上述Al-TiO₂-C晶粒细化剂，C的物质的量与TiO₂的物质的量之比为1:25-1:20。

上述Al-TiO₂-C晶粒细化剂，TiO₂粉的加入量为Al粉、TiO₂粉和C粉三者总质量的8wt％-12wt％。

Al-TiO₂-C晶粒细化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将Al粉、TiO₂粉和C粉混合，在星式球磨机上球磨0.5-2h；Al粉粒度为40-50μm、TiO₂粉粒度为20-40nm、C粉粒度为30-95μm；C的物质的量与TiO₂的物质的量之比为1:30-1:10；TiO₂粉的加入量为Al粉、TiO₂粉和C粉三者总质量的8wt％-12wt％；

(2)在万能试验机上压制出直径为Φ30的预制块，压块所用的压力为85-95KN；

(3)预制块用铝箔包裹，挤出里面的空气保存；

(4)然后将预制块在高温烧结炉中烧结，升温速率设定为5-15℃/min，升温到1000-1400℃，保温0.5-2h；

(5)随后随炉冷却，取出即为制备的Al-TiO₂-C晶粒细化剂。

上述Al-TiO₂-C晶粒细化剂的制备方法，在步骤(1)中的球磨时加入球磨溶剂，所述球磨溶剂为胺类、醇类、酮类或上述三者中任意二者或任意三者的混合溶剂；球磨后烘干至球磨溶剂完全挥发。

上述Al-TiO₂-C晶粒细化剂的制备方法，所述球磨溶剂为1,4-丁二胺，或乙醇，或丙酮，或1,4-丁二胺与乙醇体积比为2:1的混合溶剂，或乙醇与丙酮体积比为1:3的混合溶剂，或1,4-丁二胺、乙醇和丙酮体积比为2:1：3的混合溶剂；所述球磨溶剂加入量为每克Al粉、TiO₂粉和C粉的混合物加入1mL。

工业纯铝细化方法，包括如下步骤：

(1)采用石墨坩埚在坩埚电阻炉中熔化工业纯铝；

(2)待温度升到700-850℃,保温10-50min；