[發明專利]一種鋁-鈦-鐵-碳-硼中間合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201210007410.X
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102560200A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 劉相法;王濤;聶金鳳;李鵬廷
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03;C22C1/10
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術領域

本發明屬金屬材料領域，特別涉及一種用于細化鋁以及鋁合金晶粒的鋁-鈦-鐵-碳-硼中間合金及其制備方法。

背景技術

隨著鋁及其合金應用日益廣泛，人們對其組織與性能改善的要求也越來越高。對鋁合金組織進行細化處理可以顯著改進其力學性能。目前，工業生產中主要是通過添加生核劑的方法細化晶粒。常用的生核劑有鋁-鈦-硼、鋁-鈦-碳中間合金等。其中，鋁-鈦-硼中間合金在鋁加工業中一直占據主導地位，但是由于該中間合金中的TiB₂粒子會在熔體中聚集，會引起某些產品的質量問題；同時，在含Zr、Cr、Mn等元素的鋁合金中，會出現“中毒”現象，使得合金失去細化效果。隨后，人們發現鋁-鈦-碳中間合金中TiC粒子不存在明顯的聚集傾向，從而可以克服鋁-鈦-硼中間合金的缺點。但是，鋁-鈦-碳中間合金中的形核粒子TiC在鋁熔體中是不穩定的，容易與鋁反應生成Al₄C₃，從而導致細化效果表現出明顯的衰退，這制約了其在工業生產中的應用。

文獻200810139856.1的中國專利報道一種鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金及其制備方法，該中間合金中的TiC粒子由于摻雜了硼原子而結構穩定性得到提高。該專利提出采用鋁-硼和鋁-碳中間合金等作為生產原料，不僅成本高，而且其中夾雜物含量高，從而影響了最終產品的潔凈度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能夠有效細化鋁及其合金的鋁-鈦-鐵-碳-硼中間合金，并提供一種工藝簡單、環境友好、成本低、適合工業化生產的制備方法。

本發明是通過以下方式實現的：

一種鋁-鈦-鐵-碳-硼中間合金，含有鋁、鈦、碳、硼元素，其特征是它還含有鐵元素，各組分的質量百分比分別為：鋁85.00％-95.00％，鈦1.00％-10.00％，鐵0.10％-6.50％，碳0.01％-1.00％，硼0.01％-1.00％；該中間合金中彌散分布著微米和亞微米級的TiB₂以及TiC粒子，粒子數量多，硼和碳是以鐵-硼-碳中間合金的形式加入的，這種以鐵合金為載體加入的硼和碳具有較高的活性，它們可以分別摻雜到TiC以及TiB₂空位中，形成TiC_yB_x和TiB_2-xC_y粒子，促進這些粒子的結構穩定性和形核活性。另外，鐵在鋁熔體中改善TiC粒子的生長環境，使其形貌和晶體取向發生改變，從而促進其異質形核作用。

上述鋁-鈦-鐵-碳-硼中間合金的制備方法，其特征是包括以下步驟：

(1)按以下質量百分比準備好所需原料：1.00％-10.00％純鈦、0.20％-10.00％鐵-硼-碳中間合金、0.01％～1.00％石墨，余為純鋁；所用鐵-硼-碳中間合金中硼的質量百分含量為15.00％-40.00％，碳的質量百分含量為2.50％-10.00％。

(2)將稱好的純鋁置于感應爐中熔化并升溫至850-1300℃，分別加入純鈦、鐵-硼-碳中間合金和石墨，在此溫度下保溫并攪拌5-30分鐘后澆注成錠或制成線材。

用該方法制備的鋁-鈦-鐵-碳-硼中間合金中各組分的質量百分比分別為：鋁85.00％-95.00％，鈦1.00％-10.00％，鐵0.10％-6.50％，碳0.01％-1.00％，硼0.01％-1.00％。