專利名稱：一種鋁、鋁合金用晶粒細化變質中間合金及其制備方法
技術領域：
本發明屬鋁合金熔鑄技術領域，具體涉及一種用于鋁及鋁合金的 晶粒細化、變質中間合金，本發明還涉及該中間合金的制備方法。
背景技術：
鋁合金加工制品質量受到鑄坯組織結構影響，包括初始oc-Al的 晶粒尺寸，對于A1-Si合金還包括Si相的形貌分布等。因此，鋁合 金熔鑄的精煉過程，通常包括晶粒細化和變質兩個方面的內容。鋁合 金細化晶粒的方法大致可以分為兩類 一類是內生形核質點法，即通 過一定的手段,如電磁作用、超聲波振動、快速冷卻法等，改變合金內 晶核的數量或阻礙晶體的形核和長大來實現晶粒細化，這類方法對設 備要求高，操作復雜，細化效果也不穩定；另一類是外來形核質點法， 即通過向鋁熔體中添加晶粒細化劑，產生大量的有效異質形核核心， 提高晶體的形核率，從而細化晶粒，這類方法效果穩定、作用快、操 作方便、適應性強，成為國內外研究的主流方向。目前常用的晶粒細 化劑主要有Ti-B系列(英國專利1413848), Al-Ti-B中間合金(如 美國專禾廿3857705)，及80年代Baner ji和Reif發表的Al-Ti-C中 間合金細化劑。Ti-B型晶粒細化劑的缺點在于TiAh相和TiB2相顆 粒的形狀和尺寸難以控制。Al-Ti-B晶粒細化劑的使用性能主要取決 于TiAl3和TiB2相在其中存在的形態，尺寸和分布均勻性， 一般要求 TiA 13相呈塊狀，其尺寸小于4(Him， TiAl3相和TiB2相顆粒呈均勻分布。國內外目前開發研究的許多Al-Ti-B細化劑在使用過程中TiAl3、 TiB2粒子容易聚集、沉淀，影響了其衰退性能。Al-Ti-C系列細化劑 的性能尚不夠穩定，且制備成本高。
國內不少研究單位、企業開展了細化劑研制工作，己公開的相關 專利有ro多個，如"鋁鈦碳細化劑合金線材的凝固與成形方法"(公 開號CN 1396286A);"—種鋁及鋁合金用鋁鈦硼晶粒細化劑"(公開 號CN 1145413A);"鋁鈦硼線材連續鑄擠工藝"(CN 1153689A);"鋁 及鋁合金的鐵碳硼復合細化劑"(CN 1167163A);"用于鋁及鋁合金的 復合晶粒細化劑及其制備工藝"(A1-Ti-C-X)(公開號CN 1215088A);
"鋁、鋁合金用復合晶粒細化劑及其制備工藝(A1-Ti-C-RE)"(公開 號CN 1485451 A);"原位自生TiC/Al復合材料超細晶粒細化劑及其 制備工藝(Al-Ti-C-RE)"(公開號CN 1544678A)。這些專利技術是 國內外使用的Al-Ti-B和Al-Ti-C細化劑的發展和繼續。獲得細小彌 散分布細化相是細化劑制備技術的關鍵。從目前的研究及申報專利報 道看，采用原位反應方法可以很好地控制細化相的尺寸和分布。"一 種高效鋁合金細化劑"(公開號CN 1584084A)實際上開發的是TiB2 彌散分布的鋁基復合材料，其中TiB2的顆粒顆粒尺寸小于2pm。專 利CN 1544678A的通過原位反應值得彌散分布的TiC/Al基復合材料， 其應用實例表明，將晶粒細化劑加入ZL101合金中，加入量為0. 15%
(重量百分比)，凝固后的試樣具有細小等軸晶，晶粒尺寸為60^1!11-90|im。但該技術需要采用高溫真空反應燒結合成Ti-C預制塊，工藝
成本高。針對含Si鋁合金，為了提高合金的力學性能及改善其鋁硅合金 材料的加工性能，需要對合金中的Si相進行微細化變質處理。Na及 Na鹽是率先使用的變質劑。金屬Na成本高，其活性很大，不便使用， 因此多采用Na鹽。但Na的變質有效時間很短，變質經過30_60分 鐘后出現明顯衰退現象，重熔即會失效。國內外對鑄造鋁合金的變質 劑和變質處理工藝進行了大量的研究，取得了很大進展。先后開發了 Sr變質劑、Te變質劑、Sb變質劑、Re (稀土)變質劑、Bi變質劑、 Ba變質劑。最近開發的復合變質劑有比較良好的變質效果，但要注 意某些變質元素復合可能會產生相互抵消的效果。P-Sr-0復合變質 可將Si相尺寸控制在30nni以下("鑄造高硅鋁硅合金的雙重變質劑" (公開號CN1308142))。 Al-Sr-RE合金的變質效果超過六氯乙烷+鈉 鹽綜合處理("鋁-鍶-稀土精煉變質劑及其生產工藝"(申請號 93109473. 9))。新近開發的Al_Ti-P-C合金可以像鋁鈦硼合金一樣使 用，變質工藝簡單；磷吸收率高，變質效果穩定、長效("一種鋁硅 合金變質劑及其制備方法"(公開號CN101054637)。
但現有公開的發明都是將晶粒細化和變質截然分開。
發明內容
本發明的一個目的是要提供一種鋁、鋁合金用晶粒細化變質中間 合金，該中間合金具有同時細化鋁合金晶粒和變質(Si相)的優異 效果；本發明的第二個目的是要提供一種制備該中間合金的方法。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是
一種鋁、鋁合金用晶粒細化變質中間合金，包含有如下重量百分比的組分鈦3.0 — 10.0、硼1.0—3.0、鍶O. 5 —5.0、富鈰稀土 0. 5 一2.0，余量為鋁。
其中，鈦/硼的重量比例最好為3: 1 5: 1。 一種制備上述中間合金的方法，其包括如下步驟(1)配料
按比例稱取氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、A1-RE混合稀土錠、A1-Sr合金、 純鋁錠；(2)將氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀在干燥箱內烘干；(3)加熱熔化 鋁錠和鋁稀土錠，將熔體過熱至800-900。C，加入烘烤后的氟鈦酸鉀 和氟硼酸鉀混合物，攪拌直至熔體反應完全；(4)加入A1-Sr中間合 金并攪拌，保溫20 — 30分鐘后扒渣；(5)加入六氯乙烷均勻攪拌， 以精煉去除氫氣；(6)靜置保溫20—30分鐘后開始澆注成錠、擠壓 成絲，即得到鋁、鋁合金用晶粒細化變質中間合金。
上述六氯乙烷用量為合金總重量的1-1. 5%。本發明采用的A1-RE 混合稀土錠為富鈰稀土錠，其可直接從市場購得，并且其中還含有如 鑭等稀土先素。
本發明的有益效果是1)、原位自生TiAl3/TB2細化相為熱力學 穩定相且與鋁晶格常數相近，與鋁基體界面結合良好；2)、細化變質 復合中間合金實質上是顆粒增強鋁基復合材料，其中的顆粒相分布均 勻；3)、細化相TiAl3及TiB2主要以亞微米尺寸存在，最大顆粒尺寸 小于2pm; 4)、 Al-Sr中間合金選擇在生成TiAl3、 TiB2粒子之后加入 鋁熔體，保證了 Sr不會大量參與形成Ti-B-Sr的金屬間化合物，因 此復合劑中有足量的活性Sr保證隨后的變質作用；5)部分稀土固溶 進入細化相中，或在細化相附近富集，有利于細化相的穩定及細化相同鋁熔體的相容性，有效減少細化相團聚，抑制衰退；6)、制備工藝 成本低；細化變質復合劑適于多種鋁合金系列，尤其A1-Si系合金效 果尤佳。
下面結合實施例對本發明進一步說明。
具體實施例方式
結合本發明的內容提供以下實施例，對本發明作進一步的理解 實施例1
制備1Kg復合劑中間合金，其組分重量百分比為Ti 3.0%, B1.0%， Sr0.5%， REO. 5%， A195.0%,制備過程如下
1) 配料氟鈦酸鉀(K2TiF6)150.4g;氟硼酸鉀(KBF4) 116. 5g; Al-5RE 100g; Al-lOSr 50g;純鋁錠805g。
2) 將氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀混合均勻并在千燥箱內80。C烘干60 分鐘；
3) 將稱取的純鋁錠和A1-5RE合金置于石墨坩堝中加熱， 一旦熔 化,鋁液表面覆蓋熔劑，熔劑成分配比如下(質量百分比)32-40%KCl, 3-5%Ca2F， 6_8BaCl2， 38-46%MgCl;
4) 將鋁液過熱到800°C，加入烘干的氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀并攪 拌，直至反應完全；
5) 靜置10分鐘后，加入稱取的Al-lOSr合金并攪拌，保溫30 分鐘后扒渣；
6) 加入六氯乙垸(C2C16)，均勻攪拌，以精煉去除氫氣，不破壞 鋁液表層，保溫30分鐘后倒入定模，即得所需的細化變質復合劑。將所得復合劑加入加入6061合金中，加入量為O. 1% (重量百 分比)，鑄態組織晶粒度達到l級。 實施例2
制備1Kg復合劑中間合金，其組分重量百分比為Ti 5.0%， B1.0%， Sr5. 0%, RE2. 0%， A187. 0%，制備過程如下。
1) 配料氟鈦酸鉀(K2TiFe)250.6g;氟硼酸鉀(KBF4) 116. 5g; Al-5RE 400g; Al-lOSr 500g;純鋁錠40g。
2) 將氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀混合均勻并在干燥箱內80。C烘干60 分鐘；
3) 將稱取的純鋁錠和A1-5RE合金置于石墨坩堝中加熱， 一旦熔 化，鋁液表面覆蓋熔劑，32_40%KC1， 3-5%Ca2F, 6-8BaCl2， 38-46%MgCl;
4) 將鋁液過熱到900。C，加入烘干的氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀并攪 拌，直至反應完全；
5) 靜置10分鐘后，加入稱取的Al-10Sr合金并攪拌，保溫20 分鐘后扒渣；
6) 加入六氯乙垸(C2C16)，均勻攪拌，以精煉去除氫氣，不破壞 鋁液表層，保溫20分鐘后倒入定模，即得所需的細化變質復合劑。
將所得復合劑加入加入A356合金中，加入量為0.07% (重量百 分比)，凝固后的試樣具有細小等軸晶，晶粒尺寸為60^im-110nm;共 晶Si相為短棒狀，長徑比在1.5-2.5之間。晶粒細化、變質效果5 小時內未出現衰退。
權利要求
1.一種鋁、鋁合金用晶粒細化變質中間合金，其特征在于該中間合金包含有如下重量百分比的組分鈦3.0-10.0、硼1.0-3.0、鍶0.5-5.0、富鈰稀土0.5-2.0，余量為鋁。
2. 根據權利要求1所述的一種鋁、鋁合金用晶粒細化變質中間合金， 其特征在于其中鈦/硼的重量比例為3: 1 5: 1。
3. —種如權利要求l所述鋁、鋁合金用晶粒細化變質中間合金的制備方法，其特征在于其包括如下步驟(1)配料按比例稱取氟 鈦酸鉀、氟硼酸鉀、A1-RE混合稀土錠、Al-Sr合金、純鋁錠；(2) 將氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀在干燥箱內烘干；(3)加熱熔化鋁錠和鋁 稀土錠，將熔體過熱至800-900°C，加入烘烤后的氟鈦酸鉀和氟硼 酸鉀混合物，攪拌直至熔體反應完全；(4)加入A1-Sr中間合金 并攪拌，保溫20 — 30分鐘后扒渣；(5)加入六氯乙烷均勻攪拌， 以精煉去除氫氣；(6)靜置保溫20 — 30分鐘后開始澆注成錠、擠 壓成絲，即得到鋁、鋁合金用晶粒細化變質中間合金。
4. 根據權利要求3所述的鋁、鋁合金用晶粒細化變質中間合金的制 備方法，其特征在于所述六氯乙烷用量為合金總重量的1-1.5%。
全文摘要
本發明公開了一種鋁、鋁合金用晶粒細化變質中間合金，包含有如下重量百分比的組分鈦3.0-10.0、硼1.0-3.0、鍶0.5-5.0、富鈰稀土0.5-2.0，余量為鋁；該中間合金的制備方法包括按比例稱取氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、混合稀土錠、合金、純鋁錠；將氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀烘干；加熱熔化鋁錠和鋁稀土錠，加入氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀混合物，攪拌直至熔體反應完全；加入Al-Sr中間合金并攪拌，保溫后扒渣；加入六氯乙烷均勻攪拌；靜置保溫20-30分鐘后澆注成錠、擠壓成絲即可；本發明與鋁基體界面結合良好；其中的顆粒相分布均勻；細化相的顆粒尺寸小；有足量的活性Sr保證隨后的變質作用；有效減少細化相團聚，抑制衰退；制備工藝成本低。
文檔編號C22C1/03GK101591746SQ20091003819
公開日2009年12月2日 申請日期2009年3月26日 優先權日2009年3月26日
發明者張果戈, 彭繼華, 李文芳, 李烈軍, 李紹康, 軍 杜, 楊傳柱, 聶鐵安, 許德英, 趙璞玉, 陳英發 申請人:廣州鋼鐵企業集團有限公司;華南理工大學