[發明專利]Al?Ta?Zn中間合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201510630145.4
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN105132766B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 王振卿;趙德剛;左敏;楊中喜
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22C21/00;C22C1/02
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所37218
• 代理人: 張世靜

技術領域

本發明涉及一種用于細化鋁或鋁合金中α-Al晶粒的鋁基中間合金細化劑及其制備方法，具體涉及一種Al-Ta-Zn中間合金及其制備方法，屬于金屬合金材料技術領域。

背景技術

為了改善和提高材料的表面質量、組織結構、成型工藝性能、耐腐蝕性能及力學性能等，一些鑄造或變形鋁合金需要向熔體中添加微量的中間合金以對組織結構進行晶粒細化。Al-Ti中間合金是一種常用的鋁合金用晶粒細化劑，其中的Ti元素主要以TiAl₃化合物粒子的方式存在，在晶粒細化過程中，Al-Ti中間合金加入到待處理的鋁合金熔體中后，TiAl₃化合物作為固體粒子被釋放到鋁熔體中，在凝固時起到鋁晶粒形核基底的作用。

目前市場上常見的Al-Ti中間合金產品所含的TiAl₃粒子為塊狀或長條狀，由于在Al-Ti中間合金制備過程中TiAl₃化合物很容易長大，TiAl₃粒子尺寸一般為數十微米甚至可達數100微米以上。如此之大的TiAl₃粒子尺寸會導致能夠充當形核基底的粒子數量大大減少，必然會帶來晶粒細化效率的大大降低；大尺寸TiAl₃粒子易導致鈦元素在鋁基體中分散不均勻，導致細化后的鋁合金晶粒組織不均勻；此外，因TiAl₃較脆，細化后合金所殘留的大尺寸塊狀或長條狀TiAl₃粒子在受力時易斷裂破碎，產生的微觀裂紋在應力集中作用下會在合金基體內擴展，導致合金力學性能下降。

發明內容

針對以上技術中存在的不足，本發明提供了一種Al-Ta-Zn中間合金，該中間合金中含有尺寸細小，分布均勻的TaAl_3-xZn_x (0<x<0.2)化合物粒子，將中間合金加入到待細化的鋁合金熔體中后，這些粒子起到鋁晶粒形核基底的作用，使中間合金產生高效的晶粒細化作用，在一些場合可作為Al-Ti中間合金的替代品。

本發明還公開了該中間合金的制備方法。

本發明的技術方案如下：

一種Al-Ta-Zn中間合金，其化學成分由以下質量百分含量的組元組成：

Ta 0.6-20%，Zn 0.5-9%, 其余為Al。

上述中間合金中，Ta元素主要以TaAl_3-xZn_x (0<x<0.2)化合物粒子的方式鑲嵌于鋁基體中。

如上所述的Al-Ta-Zn中間合金，所述的TaAl_3-xZn_x化合物粒子為多面體或球狀，具有體心四方晶體結構，粒子尺寸在0.1-3微米范圍內。

如以上所述Al-Ta-Zn中間合金的制備方法，包括如下以下步驟：

（1）按所欲做Al-n%Ta-k%Zn（含Ta和Zn質量百分含量分別為n%、k%）中間合金的總質量m克及其成分比例稱取原料純鋁、K₂TaF₇粉末和純鋅，其中純鋁質量為m (1-0.0075n-0.01k)克，K₂TaF₇質量為0.02169mn克，純鋅質量為0.01mk克；

（2）將純鋁在熔化爐內熔化至680-730℃得到純鋁熔體，然后加入純鋅；

（3）待純鋅完全熔化后，將K_２TaF₇加入上述鋁-鋅熔體中進行反應５-１５分鐘；

（4）將上述步驟中反應后的合金熔體上層不同于合金的液體倒出，再將剩余鋁合金熔體倒入冷卻模具中，冷卻后即得Al-Ta-Zn中間合金。

如上所述的Al-Ta-Zn中間合金制備方法，原料K₂TaF₇為粉末，粉末顆粒尺寸為0.1-50微米。

如上所述的Al-Ta-Zn中間合金制備方法，將K₂TaF₇分批加入鋁-鋅熔體中，每批K_２TaF₇的質量是鋁-鋅熔體質量的5-10%，每批次加入后反應5-15分鐘，然后再加入下一批。

如上所述的Al-Ta-Zn中間合金制備方法，將K_２TaF₇加入鋁-鋅熔體后，在熔體反應過程中用碳棒進行攪拌，攪拌速率為80-200轉/分鐘。