[發明專利]一種高效低成本的鋁及鋁合金細化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 200910304877.9
• 申請日: 2009-07-27
• 公開（公告）號: CN101608270A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 王連登;朱定一;魏喆良;王尤生;陳永祿;黃利光;楊少瓊;何旭;顧海龍
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C22C1/06
• 分類號: C22C1/06;C22C1/03;C22C21/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于鋁及鋁合金細化劑技術領域，更具體涉及一種高效低成本的鋁及鋁合金細化劑及其制備方法。

背景技術

晶粒細化是提高材料強度和塑韌性的重要手段之一，是改善鋁材質量的重要途徑。它有利于鋁及鋁合金組織和化學成分的均勻及力學性能、加工性能和表面質量的提高，尤其有助于消除垂直連續鑄造和水平連鑄鋁鑄錠的裂紋、偏析和羽狀晶缺陷，是降低鋁材廢品率，提高其質量和生產率的重要途徑。

Al-Ti-C是新型的鋁及鋁合金細化劑，具有TiC粒子尺寸較小、鋁液中聚集傾向低、不易被Zr，Cr等原子毒化等優點，是近年來國內外研究的熱點，在鋁加工業尤其是鋁板帶箔加工業中具有良好的應用前景。自從1949年Cibula提出TiC在晶粒細化中的重要作用以來，人們發現含TiC粒子的A1-Ti-C中間合金晶粒細化劑較少存在與Al-Ti-B細化劑有關的缺陷，并已公認含TiC粒子的是最有發展前途的鋁用晶粒細化劑。

目前國內外已經開發出多種Al-Ti-C中間合金制備的工藝，并申請了專利，如上世紀80年代中期，德國的A.Banerji和W.Reif采用機械攪拌或感應熔煉的方法將約2wt％預熱石墨或無定形碳粉加至Al-5-10％Ti合金液中，成功地制備了含有TiC粒子的Al-Ti-C中間合金，并獲得多國專利，專利號：UK2171723A，US835747。我國的方鴻生李建國等人將氟鈦酸鹽(K₂TiF₆或Na₂TiF₆)、石墨粉和鋁粉包于鋁箔中，然后加入到鋁液中，并在一定的機械攪拌的作用下，也制備了含TiC粒子的Al-Ti-C中間合金，專利號為CN98119378，且雖該工藝采用純稀土元素與或堿土金屬，如La、Ce、Mg、Sr、Ca等作為活化劑制備鋁鈦碳，對于制備Al-Ti-C中間合金有很大的促進作用，但是仍需要機械攪拌或其它超聲波攪拌以降低生成的TiC粒子的偏析現象。另外中國專利為CNO1138821，鋁鈦碳細化劑合金線材的凝固與成形方法中，采用氟鹽助熔處理與石墨活化處理，向氟鹽加入定量的助熔劑對石墨進行機械與熱活化，并過熱到1000-1300℃，再對鋁熔體進行強烈攪拌。此外，上述三種制備方法，是在鋁液的熔煉過程中，讓外加的原料在鋁液中合成TiC，然后鑄造成形，獲得所需的Al-Ti-C中間合金細化劑。但是這些方法存在著反應溫度過高，鋁合金燒損嚴重，且工藝不穩定，夾雜含量過高等等缺陷，且需要額外工藝與設備，造成成本過高，工業應用不夠可靠等缺點。

另外，目前國內報道的專利還有：

2001年山東大學劉相法等人，申請的專利CN00123953將按比例準備好工業純鋁、純鈦和石墨粉，在感應爐將工業純熔化到1100-1350度，然后同時加入純鈦和石墨粉，保溫0.530分鐘后降溫，直接澆注成錠或通過連鑄連軋機設備制備成線材。該方法制備的鋁-鈦-碳產品燒損十分嚴重，雜質含量過高等，且需要感應電爐等特定設備。與之相似的專利為中國河北的高澤生開發鋁鈦碳中間合金晶粒細化劑，專利號為CN02156761，他采用石墨制成的轉子將碳粉引入到鋁鈦熔體中，攪拌到無單體的碳存在時為止。

2001年華中科技大學申請公開說明書CN01133647?Al-Ti-C晶粒細化劑及其制造工藝，采用的粉未冶金方式。1)原料球磨混料；2)混合料冷壓30-60％相對密實度的預制塊；3)預制塊在100？00度保溫烘干；4)烘干后在高純氬氣反應室內自蔓延高溫合成所需要的晶粒細化劑，設備與工藝復雜，過程多，效果不夠顯著，成本高。與相似的為甘肅工業大學的夏天東等人，申請專利號CN02139356，采用粉未冶金工藝用于鋁及鋁合金Al-Ti-C系復合晶粒細化劑的制備。這些工藝復雜，成本高，不利于工業上批量生產。

目前除了上述幾種方法外，目前文獻報道的常見幾種制備方式如下：

(1)熔鑄-原位反應法

將原材料粉末加入金屬熔體中，利用粉末元素間的放熱反應，在金屬熔體中直接反應生成所需的相，制備出相應的材料。往金屬熔體中直接加入粉末雖然工藝簡單，但生成的顆粒相數量難以控制，尤其是當粉末與金屬熔體潤濕性不良時，為了生成TiC，將Ti、C粉末加入Al熔體之中，C粉末難以混入熔體時情況將更為嚴重，為解決這一難題，人們將元素粉末預先壓制成塊，然后壓入鋁熔體之中，待其反應生成所需相后在輔以機械攪拌或其它攪拌方式，成功的制備出性能優異的Al-Ti-C材料。

(2)液態攪拌法