[发明专利]一种铝-钴-硼中间合金及其制备方法

说明书

一种铝‑钴‑硼中间合金及其制备方法，所述中间合金由以下质量百分比的成分组成：Al 91.1～99.1%，Co 0.5～4.5%，B 0.1～3.0%，Fe≤0.15%，Si≤0.10%，其余杂质元素≤0.15%。本发明由于采用铝‑钴‑硼三元中间合金作为富铁相变质剂，不仅可以完全消除针状富铁相和初生富铁相的存在，获得均匀的汉字状富铁相，而且还可大幅降低分步复合添加钴元素和硼元素所需的中间合金总量，同时减少工艺环节，有利于控制合金成分，更适合于工业化生产，由于较低含量的钴添加量即会引起初晶硅的析出，因此本发明更适合于不含硅或者含硅量较低的铝合金的富铁相变质。

技术领域

本发明涉及一种铝及铝合金材料中富铁相的变质剂，具体是涉及一种铝-钴-硼中间合金及其制备方法。

背景技术

铁是铝合金中最为常见的杂质元素，由于铁元素在室温下铝固体中的最大溶解度为0.05wt.%，仅为铝熔体中最大溶解度的1/100～1/34。因此，铁在铝合金中基本都以脆且硬的富铁相形式存在。根据富铁相的晶体结构可分为α-Fe相和β-Fe相，其中β-Fe相为单斜结构，形态呈狭长的针片状，受力时割裂铝基体，并成为裂纹源且沿着富铁相长度方向扩展，极大损害铝合金的塑性。而α-Fe 相为体心立方结构，基本形态呈汉字状，对基体的割裂大幅降低，塑性大幅改善。因此，改善富铁相形态是减缓铁元素危害最为常用的方法。目前，改善富铁相形态的方法可总结成两类，第一类是改变富铁相晶体结构来改善富铁相的生长方向，如Mn、Co、Cr、Be、Sc 等。第二类是改变富铁相生长速度，如B、RE、Sr、Ca、熔体处理、铸造工艺，采用两类方法相结合不仅可实现β-Fe 相向α-Fe 的转变，还能细化α-Fe 尺寸，改善效果最佳，其中采用两类元素复合添加的方法不仅操作简单，且合金成分容易控制，应用前景较好。

公开号为CN106319275A的中国专利公开了一种富铁相变质剂及变质方法。变质剂由[Mn]剂和[B]剂组成，该变质剂不仅可以完全消除针状富铁相和初生铁相的存在，获得均匀的汉字状富铁相，而且能显著提高再生铝的力学性能和加工性能。其中[Mn]剂为Al-Mn中间合金或由Al-Mn中间合金与Al-Cr中间合金、Al-Co中间合金中的一种或两种组成，而[B]剂为Al-B中间合金或KBF4。文献[宋东福,王顺成,周楠,农登,郑开宏. Al-Si合金中富铁相形态及其影响因素研究进展[J]. 材料工程,2016,44(05):120-128.]中报道了钴为锰类元素，且置换富铁相中铁元素的效果更好，但较低含量的钴添加量即会引起初晶硅的析出，影响其应用。由于中间合金制备成本较高，且分步添加时需要的总量较大，进一步增加了变质成本。同时，两类中间合金中的杂质元素含量可能存在差异，这对于杂质元素要求较低的铝合金成分控制难度增大，这进一步限制了分步复合添加两类合金元素的应用。因此，开发一种工艺简单、成本低廉的富铁相变质剂和制备方法十分必要。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种低成本、易操作，能够改善富铁相形态，消除针片状富铁相，提高铝合金的力学性能和加工性能的铝-钴-硼中间合金及其制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述铝-钴-硼中间合金，其特点是该中间合金由以下质量百分比的成分组成：Al 91.1～99.1%，Co 0.5～4.5%，B 0.1～3.0%，Fe≤0.15%，Si≤0.10%，其余杂质元素≤0.15%。

而且，该中间合金采用Co质量分数为1～5%的Al-Co中间合金、B质量分数为3～10%的Al-B中间合金以及纯度为99.5%的工业纯铝作为原材料。

本发明所述铝-钴-硼中间合金的制备方法，其特点是包括以下步骤：

（1）将Co质量分数为1～5%的Al-Co中间合金和纯度为99.5%的工业纯铝置于中频炉中加热至500℃后保温60分钟，再升温至850～900℃；