[發(fā)明專利]一種鋁-鈦-磷-碳-硼中間合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310273035.8
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN103290271A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 聶金鳳;劉相法
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03;C22C1/10
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種能夠細(xì)化變質(zhì)鋁-硅系合金中初晶硅與共晶硅的鋁-鈦-磷-碳-硼中間合金及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，共晶及過共晶鋁-硅系合金中初晶硅的細(xì)化主要采用添加磷的方法。自上世紀(jì)三十年代發(fā)明磷細(xì)化初晶硅的專利以來，含磷中間合金的研究取得了較大進(jìn)展，如銅-磷、鋁-銅-磷、鋁-鐵-磷和鋁-硅-磷等中間合金。申請?zhí)枮?00510044827的中國專利報道了一種含有鋁、硅、磷的新型中間合金，該中間合金中含有大量預(yù)先形成的AlP顆粒，其對初晶硅具有良好的細(xì)化效果，并在生產(chǎn)中獲得了大規(guī)模的推廣應(yīng)用。但是，該中間合金中的AlP化合物易于在空氣中氧化、水解，從而造成中間合金的磷在保存過程中的損耗。專利號為CN101613820B的中國專利報道了一種鋁-鋯-磷中間合金，其中形成大量的ZrP化合物解決了AlP的儲存損耗問題，但是鋯元素的添加大大提高了中間合金的生產(chǎn)成本，因此在生產(chǎn)中迫切需要發(fā)明一種新的含磷鋁基中間合金，在達(dá)到良好的細(xì)化效果的同時，便于長期保存和使用，且生產(chǎn)成本較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠?qū)簿Ъ斑^共晶鋁-硅合金中的初晶硅起到高效細(xì)化并顯著提高合金的力學(xué)性能的鋁-鈦-磷-碳-硼中間合金，同時提供一種生產(chǎn)成本低、工藝簡便、適合工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法。

本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的：

一種鋁-鈦-磷-碳-硼中間合金，包含鋁、鈦、磷元素，其特征是它還含有碳和硼元素，各組分的質(zhì)量百分比為：鋁82.00%-96.30%，鈦2.50%-10.00%，磷1.00%-5.00%，碳0.10%-2.00%，硼0.10%-1.00%；磷元素主要以Ti₅P₃和TiP_0.63形式存在于中間合金中；含有微米級和亞微米級的TiC、TiB₂粒子。Ti₅P₃和TiP_0.63粒子加入到共晶及過共晶鋁-硅合金熔體中后，Ti₅P₃和TiP_0.63與鋁熔體反應(yīng)生成AlP，為初晶硅提供異質(zhì)核心。同時，引入的TiC、TiB₂粒子不僅能夠促進(jìn)AlP的細(xì)化效果，而且能細(xì)化α-Al晶粒，進(jìn)一步細(xì)化共晶團(tuán)，提高合金的綜合力學(xué)性能。

反應(yīng)的原理是利用TiC結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，P元素能夠摻雜到其晶格中，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，形成Ti₅P₃和TiP_0.63化合物，B元素對該反應(yīng)起催化作用。

上述一種鋁-鈦-磷-碳-硼中間合金的制備方法，其特征是包括以下步驟：

（1）首先按以下質(zhì)量百分比準(zhǔn)備好所需要原料：14.30%-72.00%的鋁-磷二元中間合金、3.00%-17.00%的鋁-硼二元中間合金、2.50%-10.00%純鈦，0.10%-2.00%石墨粉，余為純鋁；其中所用鋁-磷二元中間合金中磷的百分含量為5.00%-7.00%，鋁-硼二元中間合金中硼的百分含量為3.00%-6.00%；

（2）將配好的純鋁與鋁-硼二元中間合金一起置于中頻爐中熔化至900℃-1100℃，加入鋁-磷二元中間合金，攪拌2-5分鐘；

（3）升溫至1100-1400℃，同時加入純鈦和石墨粉，保溫并攪拌5-30分鐘后澆注成錠或制成線材。

所制備鋁-鈦-磷-碳-硼中間合金的組成為：

直接制備含有Ti₅P₃和TiP_0.63的鋁-鈦-磷-碳-硼中間合金比較困難，而通過添加微量的碳和硼元素作為反應(yīng)的催化劑，即可合成含有大量Ti₅P₃和TiP_0.63顆粒的鋁-鈦-磷-碳-硼中間合金，所含化合物不易水解、氧化，有利于磷的儲存，而其中的鈦元素還能起到細(xì)化基體α-Al晶粒的作用，有利于提高合金的綜合性能。采用該中間合金對共晶及過共晶鋁-硅系合金進(jìn)行細(xì)化處理，其中的初晶硅可以被很好地細(xì)化，而且對共晶硅也能起到良好的變質(zhì)作用。該合金的制備工藝簡單，生產(chǎn)效率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

具體實(shí)施方式

下面給出本發(fā)明的三個最佳實(shí)施例：

實(shí)施例1