[發明專利]一種鋁?鈮?硼中間合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201710043460.6
• 申請日: 2017-01-21
• 公開（公告）號: CN106591637A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 許榮福;孫清洲;徐勇;王志剛;李彥;石磊
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03;C22C1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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及鋁合金晶粒的鋁-鈮-硼中間合金及其制備方法。

背景技術

隨著汽車輕量化的不斷發展和國家節能減排戰略的逐漸實施，以鋁及其合金為代表的輕質合金的應用日益廣泛，對其組織和性能要求的提高也越來越迫切。要想使鋁合金獲得優異的性能，需要對鋁合金熔體進行細化處理，適當的細化處理可以改善鋁合金的組織并極大提高其力學性能。目前，在國內外工業生產中主要是通過添加細化劑的方法進行晶粒的細化，常用的細化劑為Al-Ti-B等中間合金。Al-Ti-B中間合金在鑄造鋁合金的生產中應用一直占主導地位，也是公認的一種有效的細化劑，但是由于該中間合金中的Ti元素會與含Si量高于3%的Al-Si系鑄造合金中的Si反應生成TiSi相 和 TiSi₂相，影響了Ti元素含量，消弱了該中間合金中TiB₂粒子的形成，弱化了其細化效果，產生所謂的毒化作用，所以這也就限制了該中間合金的應用領域。為此，經過大量的實驗，發明了一種新型的中間合金，作為鋁合金組織細化的形核劑使用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能有效細化鋁及其合金的鋁-鈮-硼中間合金，同時提供一種工藝簡單、成本低、適合工業生產的制備工藝及方法。

本發明是通過以下方式實現的：

一種鋁-鈮-硼中間合金，包含鋁、鈮、硼三種主要元素，各組分的質量百分比分別是：鋁85.00%~95.00%，鈮1.00%~10.00%，硼1.00%~5.00%；鋁錠純度≥99.9%，該中間合金中彌散分布著微米級的NbB₂粒子，且數量多，鈮元素可以是以鋁-鈮中間合金或純金屬鈮加入，硼元素是以氟硼酸鉀的形式加入。

上述鋁-鈮-硼中間合金的制備方法，其特征包含以下步驟：

鋁-鈮-硼中間合金的制備方法是：首先將純鋁置于電阻爐中熔化并升溫至800-1100℃，在熔化的鋁熔體中依次加入一定質量的金屬鈮或鋁-鈮中間合金、氟硼酸鉀，用石墨棒充分攪拌，然后置于電阻爐中保溫，每隔10min-15min用石墨棒攪拌一次；待混合熔體保溫達到預定時間，將混合熔體靜置5min，壓入六氯乙烷精煉并扒渣，最后將混合熔體澆注成錠或連鑄制成線材。該中間合金的制備工藝簡單，成本低，適宜工業化生產；所制備的鋁-鈮-硼中間合金對鋁及鋁合金具有優良的晶粒細化效果。

上述所述的六氯乙烷在烘干箱中將水分烘干；將模具和扒渣所用工具涂刷一層涂料，防止雜質元素Fe的污染。在整個制備過程中選用石墨坩堝進行熔煉，選用石墨棒攪拌，目的是防止Si的污染。

具體實施方式

下面給出本發明的兩個最佳實施例。

實施例1

按照如上所述的制備工藝和方法制備Al-5Nb-B中間合金的過程如下：

（1）原料準備：鋁錠、金屬鈮、氟硼酸鉀、六氯乙烷等，其中鋁錠純度≥99.9%。

（2）制備1kg的中間合金，按照質量分數比Nb/B=5稱量所需的原料，鋁的燒損率為2~3%。

（3）六氯乙烷置于烘干箱中，在100℃加熱1h，以除去水分。

（4）將所需的模具、扒渣工具涂刷一層涂料，防止Fe等雜質元素的污染，在制備過程中使用石墨坩堝進行熔煉，選用石墨棒進行攪拌，防止Si的污染。

（5）利用井式電阻爐將鋁錠熔化并加熱至850 ℃，待鋁錠完全熔化后，先將已稱量的金屬鈮用鋁箔紙包好，并放入于鋁熔體中不斷用石墨棒攪拌后靜置5min；然后加入已稱量的氟硼酸鉀，用石墨棒攪拌后置于電阻爐中保溫，溫度設定為800℃，每隔15min攪拌一次，以保證反應完全進行；混合熔體在電阻爐中保溫1h，加入占總質量2-3%wt的六氯乙烷進行精煉除氣處理，靜置5min后用扒渣工具拔除熔渣，最后將熔體澆注成錠。圖1所示的是Al-5Nb-B中間合金的金相組織，圖中所示的NbB₂粒子的形貌。

實施例2

按照如上所述的制備工藝和方法制備Al-3Nb-B中間合金的過程如下：

（1）原料準備：鋁錠、金屬鈮、氟硼酸鉀、六氯乙烷等，其中鋁錠純度≥99.9%。

（2）制備1kg的中間合金，按照質量分數比Nb/B=3稱量所需的原料，鋁的燒損率為2-3%。

（3）六氯乙烷置于烘干箱中，在100℃加熱1h，以除去水分。

（4）將所需的模具、扒渣工具涂刷一層涂料，防止Fe等雜質元素的污染，在制備過程中使用石墨坩堝進行熔煉，選用石墨棒進行攪拌，防止Si的污染。

（5）利用井式電阻爐將鋁錠熔化，待鋁錠完全熔化后并加升溫至950 ℃，，先將已稱重的金屬鈮用鋁箔紙包好，并放入于鋁熔體中不斷用石墨棒攪拌后靜置5min；然后加入已稱重的氟硼酸鉀，用石墨棒攪拌后置于電阻爐中保溫，溫度設定為850℃，每隔15min攪拌一次，以保證反應完全進行；混合熔體在電阻爐中保溫30min，加入占總質量2-3%wt的六氯乙烷進行精煉除氣處理，靜置5min后用扒渣工具拔除熔渣，最后將熔體澆注成錠。圖2 所示的是Al-3Nb-B中間合金的金相組織，圖中所示的NbB₂粒子的形貌。