[发明专利]一种铸造铝合金晶粒细化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种可适用于铸造铝合金的晶粒细化剂及其制备方法。

背景技术

铸造铝合金广泛应用于汽车、机械、航空航天等工业领域。改善铸造铝合金综合性能的有效方法是对其进行晶粒细化，从而获得细小的等轴晶组织，目前最经济有效的方法是向铝熔体中加入细化剂，但是由于其成分复杂，造成目前常见的晶粒细化剂(例如，二元Al-Ti、Al-B等中间合金、三元Al-Ti-B、Al-Ti-C等中间合金，以及以KBF₄、K₂ZrF₆等为主要成分的复合盐)在熔体细化处理过程中，容易出现晶粒细化元素钛、硼、锆与合金中的硅、锶等元素发生反应，形成多元化合物，显著降低细化元素有效含量，从而发生细化衰退现象。因此，新型铸造铝合金晶粒细化剂必须具备稳定的化学性质以及高效的细化效率，从而在铸造铝合金凝固组织中，获得细小、均匀分布的等轴初生铝相，对于提高合金力学性能是十分必要的。

稀土元素化学性质活泼，易与其他元素形成稳定的化合物，广泛应用于高性能铸造铝合金的开发中。研究发现稀土元素钪、镱对铝合金初生铝晶粒具有明显的细化作用，但是它们价格高、不适用于工业生产。本发明利用轻稀土元素镧与常见细化元素硼合成含镧硼元素的新型铝合金晶粒细化剂，所开发的新型铝合金晶粒细化剂既能细化纯铝，也能细化铸造铝合金，成本较低，可应用于铝铸件的批量生产。

发明内容

技术问题：本发明提供一种可以实现工业纯铝及复杂成分铸造铝合金中初生铝晶粒的高效细化，解决了含钛细化剂在高硅合金中的“毒化”问题，以及避免出现锶硼“毒化”现象的铸造铝合金晶粒细化剂。

技术方案：本发明的铸造铝合金晶粒细化剂，以工业纯铝，Al-3B中间合金，LaCl₃·7H₂O为原料，按照以下方法制备得到：

步骤1：将LaCl3·7H₂O置于马弗炉中于450℃-550℃保温2-3小时，使其完全水解，获得白色的LaClO粉末，置于干燥皿中备用，同时将Al-3B中间合金及工业纯铝在高温烘箱中预热至250℃-300℃；

步骤2：在坩埚电阻炉将所述步骤1中预热后的工业纯铝在740℃-760℃熔化，保温20-40分钟，获得铝熔体；

步骤3：将所述步骤2中获得的铝熔体降温至720～730℃，向其中加入所述步骤1中预热后的Al-3B中间合金，并保温20-30分钟，获得均匀熔体；

步骤4：将所述步骤3中获得的均匀熔体升温至750℃-850℃，然后将所述步骤1中得到的LaClO粉末用铝箔包裹加入到所述均匀熔体当中；

步骤5：将步骤4中最终得到的均匀熔体于750℃-850℃保温1-2小时，期间每隔20-30分钟对熔体进行搅拌，然后在750℃-850℃将所述均匀熔体浇入预热至250℃-300℃的金属型模具中，待冷却后获得晶粒细化剂。

进一步的，本发明的晶粒细化剂中，各成分质量百分数：镧为2％-3％，硼为1％-2％，其他杂质为0.3％-0.5％，余量为铝。

本发明的制备上述铸造铝合金晶粒细化剂的方法，包括步骤如下：

步骤1：将LaCl₃·7H₂O置于马弗炉中于450℃-550℃保温2-3小时，使其完全水解，获得白色的LaClO粉末，置于干燥皿中备用，同时将Al-3B中间合金及工业纯铝在高温烘箱中预热至250℃-300℃；

步骤2：在坩埚电阻炉将所述步骤1中预热后的工业纯铝在740℃-760℃熔化，保温20-40分钟，获得铝熔体；

步骤3：将所述步骤2中获得的铝熔体降温至720～730℃，向其中加入所述步骤1中预热后的Al-3B中间合金，并保温20-30分钟，获得均匀熔体；

步骤4：将所述步骤3中获得的均匀熔体升温至750℃-850℃，然后将所述步骤1中得到的LaClO粉末用铝箔包裹加入到所述均匀熔体当中；

步骤5：将步骤4中最终得到的均匀熔体于750℃-850℃保温1-2小时，期间每隔20-30分钟对熔体进行搅拌，然后在750℃-850℃将所述均匀熔体浇入预热至250℃-300℃的金属型模具中，待冷却后获得晶粒细化剂。

进一步的，本发明方法中，步骤4中，向均匀熔体加入LaClO粉末时，是将LaClO粉末压入坩埚底部，充分搅拌，使其充分反应。