專利名稱：鋁基晶粒細化劑的制作方法
鋁基晶粒細化劑發明目的本發明涉及鋁基晶粒細化劑或精煉劑(refiner agent) 0更具體地，本發明的目的集中于含有鈦、鋅、鈦以及碳的新型鋁合金(也稱為“母 合金”)，該新型鋁合金通過熔化鋁及隨后添加鈦、鋅以及碳而獲得或合成。在獲得所需組 合物并對其進行均質化之后，通過將熔化的合金鑄成所需形狀而進行成型。所述母合金的 微結構由α鋁基體、TiAl3的金屬間相以及鈦-鋅-碳三元化合物的細顆粒(在nm和幾個 μπι之間的范圍內的顆粒尺寸)構成。該四元母合金的實際應用是對鋁晶粒及其合金進行 細化。應用領域本發明的應用領域可見于鋁冶金工業，特別用于細化鋁晶粒及其合金。
背景技術：
已知，鋁晶粒細化及其合金細化是廣泛使用的工業實踐。標準商業晶粒的細化劑 是Al-Ti-B的母合金，其含有TB2顆粒并可以以不同Ti和B含量商購獲得。最常用的母 合金是棒形式的Al-5% Ti-I% B(除非另有指明，以重量表示百分組成)。已知Al-Ti-B母合金可有效用于一般用途，但由于存在TW2的大顆粒和附聚作 用，它們在某些特定用途中導致下述缺陷鋁箔中的孔；在金屬板和需要良好表面拋光的相似產品中的條紋和表面缺陷；鑄塊中的收縮裂縫和裂化，特別是在諸如7010/7050之類用于航空工業的某些高 電阻合金中。另外，必須添加較大量的Al-Ti-B用于高溫細化含有Cr和rLx的合金晶粒，Cr和 Zr被認為是Al-Ti-B傳統晶粒細化的毒物。鑒于在特定應用的廣泛領域中存在上述問題，主要發明人AbinashBanerji博士 開發了含有TiC顆粒的無硼三元晶粒Al-Ti-C細化劑，所述TiC顆粒形成鋁晶粒的核心 (Abinash Banerji 博士，Doctoral Thesis at theTechnical University of Berlin(桕 林科技大學博士學位論文)，1987)。該三元晶粒細化劑的生產程序后來在1985年被授予專利權(美國專利第4748001 號和第4842821號，歐洲專利第0214220號(英國)、第0214220號(法國)、第0214220號 以及第P3679263. 2號(德國)、第0214220號(荷蘭)，澳大利亞專利第595187號、加拿大 專利第1289748號、日本專利第2121452號，挪威專利第167589號)。對于最近十多年和迄今為止，世界上許多制造商已經商業生產了 Al-Ti-C晶粒細 化劑，但是Al-Ti-C母合金可以以不同含量Ti和C獲得。然而，最常用的母合金具有Al-3% Ti-O. 2% C的近似組成。盡管是近十多年的工業實踐，但是，迄今為止可獲得的Al-Ti-C晶粒細化劑尚不 能有效解決與傳統Al-Ti-B晶粒細化劑相關的問題，這是因為需要添加較大量來獲得與用商業Al-Ti-B晶粒細化劑所獲得的晶粒尺寸相似的晶粒尺寸水平。綜上所述，本發明的目的集中于開發另一種細化劑，所述細化劑超過迄今為止可 商購獲得的Al-Ti-C晶粒細化劑的性能，并高效解決與傳統Al-Ti-B晶粒細化劑相關的公 知問題，必須指出的是申請人并不知道已經生產的含有鋅、鈦以及碳的表現有細化晶粒性 能的任何合金或任何鋁基母合金(例如本發明要求保護的合金或鋁基母合金)。
具體實施例方式具體地，作為本發明主題的晶粒細化劑如下生產在熔爐中，在常規鋁熔化溫度(約700-1000°C )下熔化可商購獲得的純鋁(通常 99. 7%的鋁)，以海綿鈦或廢鈦(例如，小片)的形式添加所需量的鈦。鈦的另一來源可為 含有鈦的鹽，例如，K2TiF6。在該最后一種情況中，一開始可以通過將所需量的鹽添加至熔化 的鋁而生產Al-Ti的二元混合物，并且在二元Al-Ti混合物制備好并從熔化的表面去除熔 渣之后，可開始接下來的步驟。可選地，還可直接熔化Al-Ti的母合金。接下來，將純鋅或含有鋅的合金(例如，Zn-Al合金)添加至熔化塊，然后添加碳 粉，所述碳粉可為石墨或無定形碳。通常的工藝是添加鈦之后添加鋅和碳，但是元素的添加順序并非限制本發明。添 加可以是三種元素一起或者是一種接一種進行。在所有元素添加之后對于熔爐中合金所需的保持時間通常在30和60分鐘之間， 以便三種元素完全反應產生鈦、鋅以及碳的三元碳化合物顆粒。保持時間將取決于外罩的 構成、其體積、熔化溫度以及熔爐的類型。在通過感應熔化的情況中，攪拌作用可減少保持 時間。使用常用程序以“華夫(waffle)”、塊或條形式鑄造所獲得的母合金，隨后可以以 棒或線的形式加工。根據現有技術狀態，可將連續鑄造設備直接與卷軋裝置一起使用以直 接加工條或線卷形式的母合金。可選地，可使用其他鑄造程序并進行定形以獲得所需形狀 和尺寸的晶粒細化劑。所述母合金適用于鋁及其合金的晶粒細化。根據晶粒細化技術可以以鑄塊、條或 棒的形式使用它。強調下述內容是重要的通過所需程序獲得的母合金的微結構包含下列三種相由α -Al構成的基體相；TiAl3鋁化物的原始金屬間相；鈦-鋅-碳化物的三元相。另外，在所述微結構中可見一些痕量的游離碳。總之，在標準合金中，鈦含量為至少和至多20%，碳含量為至少0.01% (IOOppm)和至多3%，鋅含量為至少1%0在制備作為本發明主題的晶粒細化劑的實施例中，在圖1和圖2中，標準微結構表 現為以棒形式獲得的Al-6% Zn-3. 5% Ti_0. 4% C合金。還使用所述新型細化劑進行了細化TPl晶粒的試驗，并將結果與使用可商購獲得 的Al-Ti-B和Al-Ti-C的晶粒細化劑獲得的那些結果進行比較。圖3、4、5以及6顯示了所 進行的TPl試驗的典型宏觀圖。
可觀察到，在使用新型Al-6% Zn-3. 5 % Ti_0. 4 % C細化劑對于商業99. 7 %純 度的鋁進行的傳統2分鐘短試驗中，獲得了 IlOym的晶粒尺寸，比使用Al-5% Ti-I % B(115 μ m)所獲得的要稍細，比使用Al-3. 5% Ti-O. 2% C(170ym)所獲得的要細得多。
為了更好地解釋本發明，該說明性報告附帶了 一些照片，根據權利要求的原則，所 述照片中描述了但不限于具有Al-6% Zn-3. 5% Ti-0. 4% C組成的晶粒細化劑(例如作為 本發明主題的晶粒細化劑)的典型微結構及所獲得的結果。在這些照片中圖1顯示了以棒形式獲得的Al-6% Zn-3. 5% Ti_0. 4% C晶粒細化劑的典型微結 構。圖2顯示了在較小放大倍數下以棒形式獲得的Al-6% Zn-3. 5% Ti_0. 4% C晶粒 細化劑的相同典型微結構。圖3顯示了不添加所述細化劑的Al 99. 7%的典型宏觀圖。圖4顯示了使用2Kg/MT棒形式的Al_5% Ti-1% B細化的Al 99. 7%的典型宏觀圖。圖5顯示了使用^^/^1~棒形式的41-3.5%11-0.2%(細化的41 99. 7%的典型 宏觀圖。圖6 顯示了使用 Ig/MT 棒形式的 Al-6% Zn-3. 5% Ti_0. 4% C 細化的 A199. 7% 的典型宏觀圖。
權利要求
1.用于細化鋁晶粒及其合金的類型的鋁基晶粒細化劑，也稱為母合金，其特征在于，其 含有鋅、鈦以及碳；其通過熔化鋁和隨后添加鈦、鋅以及碳而產生或合成；所述母合金的微 結構包括α鋁基體、TiAl3W金屬間相以及鈦-鋅-碳化物三元化合物細顆粒(在nm和幾 個μ m之間的范圍內的顆粒尺寸)。
2.根據權利要求1所述的鋁基晶粒細化劑，其特征在于，鈦含量為至少和至多 20%，碳含量為至少0.05% (IOOppm)和至多3%，鋅含量為至少1 %。
3.根據權利要求2所述的鋁基晶粒細化劑，其特征在于，鈦含量為1%。
4.根據權利要求2所述的鋁基晶粒細化劑，其特征在于，鈦含量大于但小于20%。
5.根據權利要求2所述的鋁基晶粒細化劑，其特征在于，鈦含量為20%。
6.根據權利要求2所述的鋁基晶粒細化劑，其特征在于，碳含量為lOOppm。
7.根據權利要求2所述的鋁基晶粒細化劑，其特征在于，碳含量大于IOOppm但小于3%。
8.根據權利要求2所述的鋁基晶粒細化劑，其特征在于，碳含量為3%。
9.根據權利要求2所述的鋁基晶粒細化劑，其特征在于，鋅含量為1%。
10.根據權利要求2所述的鋁基晶粒細化劑，其特征在于，鋅含量大于1%。
全文摘要
本發明涉及一種含有鋅、鈦以及碳的鋁基晶粒細化劑，其通過熔化鋁以及隨后添加鈦、鋅以及碳而合成。該母合金的微結構由α鋁基體、TiAl3的金屬間相以及鈦-鋅-碳三元化合物的細顆粒構成。鈦含量最小為1％，最大為20％，碳含量最小為0.01％(100ppm)，最大為3％，鋅含量等于或大于1％。
文檔編號C22C1/02GK102066593SQ200980122128
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月10日 優先權日2008年6月11日
發明者A·巴納吉 申請人:A·巴納吉, 阿斯圖瑞納合金股份公司