[发明专利]一种铝-钽-碳中间合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铝‑钽‑碳中间合金及其制备方法和应用，中间合金由以下重量百分比的组分组成：钽1.0%‑4.5%，碳0.3‑3.0%，其余为铝。本发明采用铝、钽、碳三种成分组成中间合金，通过合金组分的选择和含量的控制，实现对中间合金性能的良好控制。本发明中间合金成分可精确控制，制备工艺简单方便，碳吸收率高、对铝硅合金具有较好细化变质效果、无颗粒团聚和毒化副作用，产业化前景好。

技术领域

本发明涉及一种可以细化铝合金的铝-钽-碳中间合金及其制备方法和用作铝合金细化剂的应用，属于金属材料及冶金技术领域。

背景技术

铝合金由于具有密度低、相对较高的比强度和比刚度及优良的铸造性能等优势，在汽车、航空航天等领域对减重和节能降耗特别显著，具有广阔的应用前景。铝合金中使用最广泛的Al-Si合金在实际工业生产中必须经过细化或变质处理来改善其力学性能。目前，铝合金常用的细化或变质剂有Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Sr中间合金等，上述的细化剂或变质剂对铝合金均有非常好的效果，但也存在一些问题。如Al-Sr合金相对成本较高、且Sr易烧损造成变质效果降低；Al-Ti-C中间合金存在TiC颗粒团聚，且制备过程中由于碳与铝熔体润湿性较差导致中间合金中碳吸收率较低；Al-Ti-B中间合金制备成本较低，但在部分Al合金细化变质时会由于其他元素的存在导致毒化副作用，从而降低细化变质效果。因此研发一种高质量的铝合金细化或变质剂对于开发具有良好力学性能的铝合金具有重要的应用价值。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种铝-钽-碳中间合金，该中间合金碳吸收率高，对铝硅合金具有较好的细化变质效果。

本发明还提供了上述铝-钽-碳中间合金的制备方法，该方法制备工艺简单、所制备的铝-钽-碳中间合金无杂质、成分稳定易控制，便于工业化生产。

本发明还提供了上述铝-钽-碳中间合金作为铝合金细化剂的应用，其能够对铝硅合金起到很好的细化变质的作用，且无现有细化剂存在的成本高、颗粒团聚、碳化吸收率低、毒化副作用等不足，具有很好的产业化应用前景。

本发明具体技术方案如下：

一种铝-钽-碳中间合金，该中间合金由以下重量百分比的组分组成：钽1.0%-4.5%，碳0.3-3.0%，其余为铝。

进一步的，该中间合金中的物相包括α-Al、TaAl₃、TaC。其中α-Al为基体，TaAl₃以块状或长条状的形态分布在α-Al基体上， TaC以颗粒状的形态分布在α-Al基体上。其中，TaAl₃的尺寸为40-120μm，TaC颗粒的尺寸为100-400nm。

本发明还提供了上述铝-钽-碳中间合金的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）选择铝粉和铝锭作为铝的原料，选择石墨粉作为碳的原料，选择氟钽酸钾作为钽的原料；

（2）将铝粉和石墨粉混合均匀，压制成块，备用；

（3）将铝锭加热熔融，得铝熔体，然后升温至800-850℃，首先将步骤（2）的铝/石墨粉压块压入铝熔体的底部，随后加入氟钽酸钾粉，搅拌进行反应15-20分钟，得合金熔体；

（4）除掉合金熔体中的液态渣，然后搅拌均匀后浇铸成型，得铝-钽-碳中间合金。

进一步的，上述步骤（1）中，铝粉和石墨粉的纯度在99.95%以上。按照中间合金中各组分的含量，称取各原料。其中铝由铝粉和铝锭提供，按照铝粉和石墨粉的体积比为1.5-2.5:1的关系称取铝粉，剩余的铝用铝锭提供。