專利名稱:一種鋁-鎳-鈦-碳中間合金的制備方法
技術領域:
本發明涉及一種用于細化含鎳鋁合金晶粒的鋁-鎳-鈦-碳中間合金的制備方法,屬合金材料技術領域。
背景技術:
TiC由于與α -Al具有良好的晶格匹配關系,是鋁合金晶粒的優良形核襯底,以 TiC為主要組成相的Al-Ti-C中間合金被認為是當前廣泛應用的Al-Ti-B中間合金的理想替代者,可以克服諸如打化粒子易聚集成團、細化效果易衰退等缺點。但是由于主要的碳源石墨與鋁熔體之間的潤濕性極差,合金化困難,長期以來鋁熔體中TiC的合成都是一個技術難題,嚴重制約了 TiC在鋁合金細化工業中的應用。1985年,德國學者Banerji和Reif 通過強烈攪拌方法獲得了鋁熔體中合成TiC的突破,但是在高溫下長時間強烈攪拌鋁熔體會使合金嚴重吸氣、氧化燒損、生成大量夾雜物,并且能耗增高,大大增加了生產成本;此外由于碳反應不完全,在制備的中間合金中常含有游離的碳,這些都限制了該技術在實際生產中的應用。專利號為98119378的中國專利報道了一種鋁-鈦-碳中間合金的生產方法, 它將鋁-鈦合金熔化至1000-120(TC,加入活化劑,再加入石墨粉,從而在鋁熔體中合成了大量TiC。該工藝的特點是先制備出鋁-鈦合金,然后再將之重熔,并需要加入活化劑,工藝也比較復雜,同時制備溫度較高,不利于中間合金在后續工藝中軋制成線材。文獻(《輕合金加工技術》,2010,(2) 21- )報道了用熱爆法在鋁熔體中合成TiC的工藝,該方法的缺點是制備過程不易控制,所制備的細化劑的細化效果難以保證。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足,提供一種成本低、工藝簡單、無污染且適合工業化生產的鋁-鎳-鈦-碳中間合金的制備方法。本發明所稱問題是通過以下技術方案解決的
一種鋁-鎳-鈦-碳中間合金的制備方法,其特別之處是,它按下述步驟進行
a.按照如下質量百分比準備原料0.50%-10. 00%的海綿鈦、0. 10%-1. 00%的石墨粉、 0. 50%-10· 00%的純鎳、余為純鋁;
b.按配比將原料中的石墨粉與純鎳一起置于真空碳管爐中加熱至1500-1800°C,保溫 15-30分鐘后隨爐冷卻,得到含有粗大片狀石墨的鎳-碳合金;
c.將步驟b中所得鎳-碳合金置于高頻感應爐中加熱至熔化,然后將其澆注到金屬模中快速冷卻,得到含有細小球狀石墨的鎳-碳合金;
d.按配比將原料純鋁置于中頻感應爐中熔化至700-800°C后加入配比量的海綿鈦,保溫1-3分鐘后,將鋁-鈦熔體繼續升溫至850-950°C ;
e.將步驟c中制備好的細小球狀鎳-碳合金加入到鋁-鈦熔體中,保溫2-30分鐘,直接澆注成錠或軋制成線材。上述鋁-鎳-鈦-碳中間合金的制備方法,所述制備的鋁-鎳-鈦-碳中間合金的化學成分組成如下
成分鋁(Al) 鎳(Ni) 鈦(Ti) 碳(C)
含量(wt%) 79. 00-98. 90 ; 0. 50-10. 00 ; 0. 50-10. 00 ; 0. 10-1. 00。本發明針對鋁一鈦-碳中間合金制備困難問題進行了改進,以含有細小球狀石墨的鎳-碳合金為碳源制備鋁-鎳-鈦-碳中間合金,由于碳在高溫鎳熔體中具有較高的溶解度,因而容易制備含有大量碳的鎳-碳合金;以該鎳-碳合金制備鋁-鎳-鈦-碳中間合金的主要優點是由于鎳-碳合金中的石墨表面潔凈,與熔體具有較好的潤濕性,容易與鋁熔體中溶解的鈦反應生成TiC,因而制備過程可以在較低的溫度下進行,有利于將中間合金軋制成線材,同時整個過程無污染,且碳的吸收率高,反應完全。基于上述特點,本發明技術適合工業化生產。
具體實施例方式本發明方法包括五個步驟,其主要作用機理為首先利用碳在鎳熔體中的高溶解度,合成含有大量片狀自生石墨的鎳-碳合金,然后通過快速冷卻的方法改善鎳-碳合金中石墨的分布及形態,得到含有細小球狀石墨的鎳-碳合金,將該合金加入到鋁-鈦熔體中后,鎳-碳合金能迅速溶解同時釋放出球狀石墨,由于該石墨尺寸細小且表面潔凈,因而容易與熔體中溶解的鈦反應生成TiC粒子。以下提供幾個具體的實施例
(1)首先按以下質量百分比準備好制備鋁-鎳-鈦-碳中間合金所需的原料0.50%的海綿鈦、0. 10%的石墨粉、0. 50%的純鎳、余為純鋁;
(2)將準備好的石墨粉與純鎳一起置于真空碳管爐中加熱至1500°C保溫30分鐘后隨爐冷卻,得到含有粗大片狀石墨的鎳-碳合金;
(3)將步驟( 中所得鎳-碳中間合金置于高頻感應爐中加熱至熔化,然后將其澆注到金屬模中快速冷卻,得到含有細小球狀石墨的鎳-碳合金;
(4)將純鋁置于中頻感應爐中熔化至800°C后加入海綿鈦,保溫1分鐘后,將熔體繼續升溫至850°C ;
(5)將步驟(3)中制備好的鎳-碳合金加入到鋁-鈦熔體中,保溫2分鐘,直接澆注成
Iio所制鋁-鎳-鈦-碳中間合金的組成為 成分含量(wt%)
鋁(Al)98. 90 ;
鎳(Ni)0. 50 ;
鈦(Ti)0. 50 ;
碳(C)0. 10。實施例2
實施例1(1)首先按以下質量百分比準備好制備鋁-鎳-鈦-碳中間合金所需的原料10.00% 的海綿鈦、1. 00%的石墨粉、10. 00%的純鎳、余為純鋁;
(2)將準備好的石墨粉與純鎳一起置于真空碳管爐中加熱至1800°C保溫20分鐘后隨爐冷卻,得到含有粗大片狀石墨的鎳-碳合金;
(3)將步驟( 中所得鎳-碳中間合金置于高頻感應爐中加熱至熔化,然后將其澆注到金屬模中快速冷卻,得到含有細小球狀石墨的鎳-碳合金;
(4)將純鋁置于中頻感應爐中熔化至700°C后加入海綿鈦,保溫3分鐘后,將熔體繼續升溫至900°C ;
(5)將步驟(3)中制備好的鎳-碳合金加入到鋁-鈦熔體中,保溫20分鐘,直接澆注成錠。所制鋁-鎳-鈦-碳中間合金的組成為 成分含量(wt%)
鋁(Al)79. 00 ;
鎳(Ni)10. 00 ;
鈦(Ti)10. 00 ;
碳(C)1.00。實施例3
(1)首先按以下質量百分比準備好制備鋁-鎳-鈦-碳中間合金所需的原料5.00%的海綿鈦、0. 6%的石墨粉、8. 00%的純鎳、余為純鋁;
(2)將準備好的石墨粉與純鎳一起置于真空碳管爐中加熱至1700°C保溫15分鐘后隨爐冷卻,得到含有粗大片狀石墨的鎳-碳合金;
(3)將步驟( 中所得鎳-碳中間合金置于高頻感應爐中加熱至熔化,然后將其澆注到金屬模中快速冷卻,得到含有細小球狀石墨的鎳-碳合金;
(4)將純鋁置于中頻感應爐中熔化至770°C后加入海綿鈦,保溫2分鐘后,將熔體繼續升溫至950°C ;
(5)將步驟(3)中制備好的鎳-碳合金加入到鋁-鈦熔體中,保溫30分鐘,直接澆注成錠。所制鋁-鎳-鈦-碳中間合金的組成為 成分含量(wt%)
鋁(Al)86. 40 ;
鎳(Ni)8. 00 ;
鈦(Ti)5. 00 ;
碳(C)0. 60。
權利要求
1.一種鋁-鎳-鈦-碳中間合金的制備方法,其特征在于它按下述步驟進行a.按照如下質量百分比準備原料0.50%-10. 00%的海綿鈦、0. 10%-1. 00%的石墨粉、 0. 50%-10· 00%的純鎳、余為純鋁;b.按配比將原料中的石墨粉與純鎳一起置于真空碳管爐中加熱至1500-1800°C,保溫 15-30分鐘后隨爐冷卻,得到含有粗大片狀石墨的鎳-碳合金;c.將步驟b中所得鎳-碳合金置于高頻感應爐中加熱至熔化,然后將其澆注到金屬模中快速冷卻,得到含有細小球狀石墨的鎳-碳合金;d.按配比將原料純鋁置于中頻感應爐中熔化至700-800°C后加入配比量的海綿鈦,保溫1-3分鐘后,將鋁-鈦熔體繼續升溫至850-950°C ;e.將步驟c中制備好的細小球狀鎳-碳合金加入到鋁-鈦熔體中,保溫2-30分鐘,直接澆注成錠或軋制成線材。
2.根據權利要求1所述的鋁-鎳-鈦-碳中間合金的制備方法,其特征在于所述鋁-鎳-鈦-碳中間合金中的化學成分組成如下成分wt%含量招79. 00-98. 90 ;鎳0. 50-10. 00 ;鈦0. 50-10. 00 ;碳0.10-1.00。
全文摘要
一種鋁-鎳-鈦-碳中間合金的制備方法,用于解決鋁熔體中TiC合成困難問題。其技術方案是首先將石墨粉與純鎳一起置于真空碳管爐中加熱至1500-1800℃保溫15-30分鐘后隨爐冷卻,得到含粗大片狀石墨的鎳-碳合金;將所得鎳-碳合金進一步重熔并快速冷卻,得到含有細小球狀石墨的鎳-碳中間合金;然后將將純鋁置于中頻感應爐中熔化至700-800℃后加入海綿鈦,保溫1-3分鐘后,將熔體繼續升溫至850-950℃并加入制備好的鎳-碳合金,保溫2-30分鐘后直接澆注成錠或軋制成線材。利用該方法制備鋁-鎳-鈦-碳中間合金,制備過程溫度低,無污染,且碳的吸收率高,反應完全,適合大規模工業化生產。
文檔編號C22C1/10GK102220524SQ20111020542
公開日2011年10月19日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者丁海民, 李春燕, 王進峰, 范孝良 申請人:華北電力大學(保定)