[发明专利]用于铝合金组织细化的纳米TiB2颗粒细化剂及细化方法

说明书

本发明涉及用于铝合金组织细化的纳米TiB₂颗粒细化剂及细化方法，包括以下三个步骤：(1)含有内生纳米TiB₂陶瓷颗粒的细化剂的制备；(2)未细化铝合金的制备；(3)内生纳米TiB₂陶瓷颗粒细化剂细化铝合金；该发明涉及的技术方案细化铝合金效果显著，且少量细化剂的加入即可较大程度上细化晶粒(Ti/B质量比为1.85:1时，1.0wt.％TiB₂陶瓷颗粒细化剂的加入使得铝合金晶粒细化了10倍)，细化高效且步骤简单，细化过程易于控制，大幅减少铝合金细化剂的使用量，对于铝合金材料组织控制有着重要的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及铝合金加工和制备领域，具体涉及用于铝合金组织细化的纳米 TiB₂颗粒细化剂及细化方法。

背景技术

铝合金作为一种密度小、比强度高、成本易于控制的合金，广泛应用于汽车、航空等工业生产中。但在实际工业生产情况下，铝合金在正常浇注条件下凝固后往往会得到较为粗大的柱状晶。实验表明，晶粒粗大的柱状晶与细小的等轴晶相比其所构成的材料的力学性能较差。此外，晶粒尺寸以及晶粒形状还影响了铝合金的物理、化学等方面的性能。因此晶粒细化剂的引入至关重要，其可以减少铸造缺陷，提高材料的屈服强度、断裂韧性，减少孔隙，提高力学性能和表面精度，减少热裂纹的萌生。综上所述，铝合金的晶粒细化是提高铝合金性能的基础途径和手段。促进α-Al的异质形核，细化铝合金组织。由于纳米尺寸的TiB₂颗粒尺寸小，数量大，纳米颗粒可通过异质形核细化铝合金组织，未形核的纳米颗粒吸附在固液界面阻止枝晶生长，最终实现ɑ-Al枝晶细化。对于铝合金熔体来说，较低含量的TiB₂颗粒就可以达到较好的细化效果。这种纳米TiB₂颗粒细化剂可以实现对铝合金凝固组织的控制，有重要的实际应用价值和工业前景。

发明内容

本发明的目的是提供用于铝合金组织细化的纳米TiB₂颗粒细化剂及细化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

用于铝合金组织细化的纳米TiB2颗粒细化剂及细化方法，包括以下步骤：

(1)含有内生纳米TiB₂陶瓷颗粒的细化剂的制备：

(1a)硼粉球磨预处理：将硼粉放入球磨罐中，用球磨机将硼粉以200～ 300r/min的速度球磨处理1～3h；

(1b)反应压坯所用粉料的配制：称取所需的粒度13～48μm的铝粉、球磨处理后粒度为0.5～1μm的硼粉、粒度为13～45μm的钛粉、粒度为45μm的铜粉以及粒度为45μm的镁粉备用；将铝粉、钛粉、硼粉、铜粉、镁粉按以下几种配比配制成100g混合粉末制成Al-Ti-B-M压坯，M代表铜粉或镁粉，Ti/B质量比为2.22:1或1.85:1；Ti/B摩尔比为1:2或1:2.4；其中铝粉的含量为70～ 90wt.％；钛粉含量为6.48～19.45wt.％；硼粉含量为3.12～10.55wt.％铜粉的含量为0～5wt.％，镁粉的含量为0～5wt.％，具体如下：

①Al-Ti-B体系中反应生成纳米TiB₂陶瓷颗粒的质量分数为10wt.％，体系中铜元素的含量为5wt.％，其中，Ti/B质量比为2.22:1；Ti/B摩尔比为1:2；体系中铝粉、钛粉、硼粉、铜粉、镁粉各自重量分别为：铝粉：85克；钛粉：6.88克；硼粉：3.12克；铜粉：5克；镁粉：0克；配制成100克混合粉末；

②Al-Ti-B体系中反应生成纳米TiB₂陶瓷颗粒的质量分数为20wt.％，体系中镁元素的含量为5wt.％，其中，Ti/B质量比为2.22:1；Ti/B摩尔比为1:2；体系中铝粉、钛粉、硼粉、铜粉、镁粉各自重量分别为：铝粉：75克；钛粉：13.77克；硼粉：6.23克；铜粉：0克；镁粉：5克；配制成100克混合粉末；