[發明專利]一種鋁鈦硼合金及其粉末冶金成型方法

有效

• 申請號: 201610746397.8
• 申請日: 2016-08-29
• 公開（公告）號: CN106086537B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 謝石華
• 申請（專利權）人: 江蘇華企鋁業科技股份有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鋁合金成型領域，尤其涉及鋁鈦硼合金及其粉末冶金成型方法。

背景技術

鋁合金由于具有優良的性能，在實際生產和生活中的各個領域得到廣泛應用。鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金，變形鋁合金可分為熱處理強化和非熱處理強化變形鋁合金。鑄造鋁合金和非熱處理強化變形鋁合金要獲得優異的綜合力學性能，就必須得到細小均勻的等軸晶組織。鋁合金的晶粒細化手段主要有三種:(1)控制金屬凝固冷卻速度；(2)機械物理細化法；(3)化學細化法，加入晶粒細化劑。到目前為止最有效、最簡單的晶粒細化方法是向鋁熔體內添加晶粒細化劑，而鋁鈦硼中間合金是最優的晶粒細化劑之一。在國內已申請的相關專利中，專利《一種鋁鈦硼生產工藝》（申請號：201410180911.7，公開日：2014-07-30）公開了一種結合還原法生產的鋁鈦硼生產工藝，但在其生產過程中，由于沒有真空環境，除氣、除雜質不充分；由于沒有對熔煉的坩堝材料進行限制，可能采用常規的鑄鐵坩堝，這樣會導致雜質鐵的含量難以控制，由于采用的是較原始的熔煉及凝固方式，其原始晶粒不夠細化，這就導致最終成品的鋁鈦硼合金在作為晶粒細化劑時能提供的形核數量少、分布不均勻、長成的晶粒尺寸大，同時，由于沒有采用粉末冶金的方式，無法采用鈦硼過飽合的配比（過飽合的話極易偏析，會導致中間合金錠成分不均勻，應用時稱量不準確），因此鈦硼含量低，即產品的效率較低；另一方面，該發明采用的方法與常規方法比，仍會產生難以處理的廢氣、廢渣，且由于沒有采用高效設備，整個工藝過程不易控制、最終制成的鋁鈦硼合金質量不穩定。專利《一種鋁鈦硼合金錠的制備方法》（申請號：201510252071.5，公開日：2015-09-02）公開了一種同樣采用粉末冶金方式制取鋁鈦硼合金錠的制備方法，但其仍采用原始熔煉方法，也沒有明確熔煉坩堝的材料，因此母合金液內的雜質含量較高、除氣不充分，合金的基礎較差；由于霧化氣壓較低（不夠細化）、沒有對應工裝配合（不穩定）、且沒有采用急冷措施（冷速慢），使制得的粉末尺寸不均勻（需過篩），成品率低、浪費大，由于工藝搭配不合理，同樣無法采用過飽合配方，使最終成品的鋁鈦硼合金利用效率低且質量不穩定，另外由于在熱壓成型后沒有隨爐冷卻的過程，其產品內應力較大且不均勻，在使用時易導致形核不均勻；另外，由于其合金液在前期即有可能發生較重程度的氧化，因些，在最終采用真空熱等靜壓進行成型實際上已喪失了意義。

發明內容

針對現有技術中存在的上述缺陷，本發明旨在提供一種雜質含量低、晶粒細、成份均勻、鈦硼含量高的鋁鈦硼合金及純凈度高、無污染物、無廢氣、易于控制、質量穩定、成品率高的冶金方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種鋁鈦硼合金粉末冶金成型方法，包括以下步驟：

1）原材料、輔材、工裝及設備的準備

①按如下重量份準備原材料：純度不低于99.95%的鋁錠69-73份、氟硼酸鉀23.3-46.6份、純度不低于99.95%的鈦金屬粉末24-28份；

②準備如下輔材：氣體霧化用高純氬氣；

③準備如下工裝：銅制坩堝，該坩堝內設置有循環水通道；霧化工裝，該工裝采用陶瓷材料制作；石墨坩堝，該石墨坩堝為下出口坩堝，下出口處設置有出口閥；模具，該模具采用不銹鋼制作；

④準備如下設備：真空感應熔煉爐，該真空感應熔煉爐內設置有電磁攪拌裝置；氣體霧化設備；真空熱等靜壓爐；

⑤上述所有工裝及除真空感應熔煉爐之外的設備均設置在真空感應熔煉爐的爐腔內；

2）合金的真空感應熔煉

①將1）中步驟①準備的原材料放入石墨坩堝，獲得熔池；

②將設置在石墨坩堝周圍的感應裝置與電源接通，待熔池內的原材料熔化后，開啟電磁攪拌裝置進行除氣與均勻化處理，熔池內溫度保持為780℃-820℃，保溫60min-80min，獲得熔煉完成的母合金液；

3）母合金粉末的制備

①將1）中步驟②準備的氣體霧化用高純氬氣氣源與1）中步驟④準備的氣體霧化設備連接；將1）中步驟③準備的霧化工裝安裝在氣體霧化設備噴氣口；將1）中步驟③準備的銅制坩堝固定在與霧化工裝出口處氣流對應區域，并在銅制坩堝內通入循環水；

②開啟氣源開關、開啟氣體霧化設備，保持氣壓5MPa-6MPa；

③緩慢打開設置在石墨坩堝下出口處的出口閥，至母合金液呈液滴形態均勻滴落，落入霧化工裝上部的管道中；高純氬氣在氣壓作用下吹散母合金液形成的液滴，形成霧化液，并帶著其沿固定軌跡運動，霧化液噴出；