[发明专利]Al‑Ta‑Zn中间合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于细化铝或铝合金中α-Al晶粒的铝基中间合金细化剂及其制备方法，具体涉及一种Al-Ta-Zn中间合金及其制备方法，属于金属合金材料技术领域。

背景技术

为了改善和提高材料的表面质量、组织结构、成型工艺性能、耐腐蚀性能及力学性能等，一些铸造或变形铝合金需要向熔体中添加微量的中间合金以对组织结构进行晶粒细化。Al-Ti中间合金是一种常用的铝合金用晶粒细化剂，其中的Ti元素主要以TiAl₃化合物粒子的方式存在，在晶粒细化过程中，Al-Ti中间合金加入到待处理的铝合金熔体中后，TiAl₃化合物作为固体粒子被释放到铝熔体中，在凝固时起到铝晶粒形核基底的作用。

目前市场上常见的Al-Ti中间合金产品所含的TiAl₃粒子为块状或长条状，由于在Al-Ti中间合金制备过程中TiAl₃化合物很容易长大，TiAl₃粒子尺寸一般为数十微米甚至可达数100微米以上。如此之大的TiAl₃粒子尺寸会导致能够充当形核基底的粒子数量大大减少，必然会带来晶粒细化效率的大大降低；大尺寸TiAl₃粒子易导致钛元素在铝基体中分散不均匀，导致细化后的铝合金晶粒组织不均匀；此外，因TiAl₃较脆，细化后合金所残留的大尺寸块状或长条状TiAl₃粒子在受力时易断裂破碎，产生的微观裂纹在应力集中作用下会在合金基体内扩展，导致合金力学性能下降。

发明内容

针对以上技术中存在的不足，本发明提供了一种Al-Ta-Zn中间合金，该中间合金中含有尺寸细小，分布均匀的TaAl_3-xZn_x (0<x<0.2)化合物粒子，将中间合金加入到待细化的铝合金熔体中后，这些粒子起到铝晶粒形核基底的作用，使中间合金产生高效的晶粒细化作用，在一些场合可作为Al-Ti中间合金的替代品。

本发明还公开了该中间合金的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种Al-Ta-Zn中间合金，其化学成分由以下质量百分含量的组元组成：

Ta 0.6-20%，Zn 0.5-9%, 其余为Al。

上述中间合金中，Ta元素主要以TaAl_3-xZn_x (0<x<0.2)化合物粒子的方式镶嵌于铝基体中。

如上所述的Al-Ta-Zn中间合金，所述的TaAl_3-xZn_x化合物粒子为多面体或球状，具有体心四方晶体结构，粒子尺寸在0.1-3微米范围内。

如以上所述Al-Ta-Zn中间合金的制备方法，包括如下以下步骤：

（1）按所欲做Al-n%Ta-k%Zn（含Ta和Zn质量百分含量分别为n%、k%）中间合金的总质量m克及其成分比例称取原料纯铝、K₂TaF₇粉末和纯锌，其中纯铝质量为m (1-0.0075n-0.01k)克，K₂TaF₇质量为0.02169mn克，纯锌质量为0.01mk克；

（2）将纯铝在熔化炉内熔化至680-730℃得到纯铝熔体，然后加入纯锌；

（3）待纯锌完全熔化后，将K_２TaF₇加入上述铝-锌熔体中进行反应５-１５分钟；

（4）将上述步骤中反应后的合金熔体上层不同于合金的液体倒出，再将剩余铝合金熔体倒入冷却模具中，冷却后即得Al-Ta-Zn中间合金。

如上所述的Al-Ta-Zn中间合金制备方法，原料K₂TaF₇为粉末，粉末颗粒尺寸为0.1-50微米。

如上所述的Al-Ta-Zn中间合金制备方法，将K₂TaF₇分批加入铝-锌熔体中，每批K_２TaF₇的质量是铝-锌熔体质量的5-10%，每批次加入后反应5-15分钟，然后再加入下一批。

如上所述的Al-Ta-Zn中间合金制备方法，将K_２TaF₇加入铝-锌熔体后，在熔体反应过程中用碳棒进行搅拌，搅拌速率为80-200转/分钟。