[發明專利]一種鋁?鈷?鈦?碳中間合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201710086320.7
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN107488794A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 聶金鳳;趙永好;李玉勝;曹陽
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C1/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 鄒偉紅,朱顯國

技術領域

本發明屬金屬材料領域，特別涉及一種能夠細化的鋁-鈷-鈦-碳中間合金及其制備方法。

背景技術

TiC是鋁合金晶粒在凝固過程中優良的異質形核襯底，含有TiC的Al-Ti-C 中間合金被認為是當前廣泛應用的Al-Ti-B 中間合金細化劑的理想替代者，它可以克服諸如TiB₂粒子易團聚、細化效率低、細化效果易衰退等缺點。但是由于石墨與鋁熔體的潤濕性極差，合金化困難，長期以來在鋁熔體中原位合成具有有效形核作用的TiC是一個技術難題，嚴重制約了Al-Ti-C中間合金的發展及其在鋁合金細化工業中的廣泛應用。直到1985 年， Banerji 和Reif等學者通過強烈攪拌方法制備出含有足量TiC且細化效果良好的Al-Ti-C中間合金，但是在高溫下長時間強烈攪拌鋁熔體使合金發生嚴重的氧化燒損并伴隨生成大量的夾雜物，而且能耗增高，增加生產成本。專利號為98119378 的中國專利報道了一種鋁- 鈦- 碳中間合金的生產方法，它將鋁-鈦合金熔化至1000-1200℃，加入活化劑，再加入石墨粉，從而在鋁熔體中合成了大量TiC。該工藝的特點是先制備出鋁-鈦合金，然后再將之重熔，并需要加入活化劑，工藝也比較復雜，成本也較高。因此在生產中迫切需要發明一種新的制備方法，在制備Al-Ti-C中間合金的過程中提高碳的吸收率，并且工藝較簡單適合工業化生產。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種生產成本低、工藝簡便、適合工業化生產鋁-鈷-鈦-碳中間合金的制備方法。

本發明是通過以下方式實現的：

一種鋁-鈷-鈦-碳中間合金，以質量百分含量計，所述中間合金中的化學成分組成如下：

鋁81.00-95.40；

鈷2.00-10.00；

鈦2.50-8.00；

碳0.10-1.00。

作為優選方案，所述中間合金中的化學成分組成如下：

鋁88.60-90.80；

鈷5.00-6.00；

鈦4.00-5.00；

碳0.20-0.40。

上述鋁-鈷-鈦-碳中間合金的制備方法，包括以下步驟：

（1）首先按以下質量百分比稱取原料：0.50-10.00%的海綿鈦、0.10-0.90%的石墨粉、0.50%-10.00%的純鈷、其余為純鋁；

（2）按配比將原料中的石墨粉與純鈷于真空爐中加熱至1200-1500℃，保溫10-30分鐘后隨爐冷卻，得到含有片狀石墨的鈷-碳中間合金；

（3）將步驟（2）所得的鈷-碳中間合金置于高頻感應爐中加熱至熔化，然后將其澆鑄至金屬模具中快速冷卻，得到含有細小球狀石墨的鈷-碳中間合金；

（4）按配比將原料純鋁置于中品感應爐中熔化至700-800℃后加入純鈦，隨后將鋁-鈦熔體繼續升溫至900-1300℃；

（5）將步驟（3）中制備的鈷-碳中間合金加入到步驟（4）的鋁-鈦合金熔體中，保溫2-15分鐘后直接澆鑄成錠或制成線材。

作為優選方案，步驟（1）中，按以下質量百分比稱取原料：4.00-5.00%的海綿鈦、0.20-0.40%的石墨粉、5.00%-6.00%的純鈷、其余為純鋁。

作為優選方案，步驟（2）中，于真空爐中加熱至1300-1400℃，保溫20-25分鐘。

與現有技術相比，本發明的優點是：

采用該方法制備鋁-鈷-鈦-碳中間合金，在制備過程中由于鈷-碳中間合金中的小石墨球表面潔凈，尺寸小，與熔體具有良好的潤濕性，且容易與溶解的鈦快速反應形成大量的TiC，因此制備過程中碳的吸收率低，反應比較完全，反應過程容易調控，生產效率高，適合大規模生產和應用。

具體實施方式

本發明的作用原理是：

直接利用石墨粉作為碳源制備含有大量TiC的鋁-鈦-碳中間合金比較困難，而通過采用含有細小球狀石墨的鈷-碳中間合金作為碳源制備鋁-鈷-鈦-碳中間合金，由于碳在鈷熔體中具有較高的溶解度，制備出了含有大量碳的鈷-碳中間合金，并進一步通過調控凝固過程使得碳的組織形態成小球狀，再以鈷-碳中間合金制備鋁-鈷-鈦-碳中間合金細化劑。利用碳在鈷合金熔體中較大的溶解度，制備出含有大量片狀石墨的鈷-碳合金，在通過快速冷缺的方法調控石墨在鈷基體中的形態為小球狀，再將含有大量小球形石墨的鈷-碳合金加入到鋁-鈦熔體中，鈷-碳合金能夠迅速溶解并釋放出球狀石墨，由于該石墨尺寸小且表面潔凈，與熔體的潤濕性好，進而促進了與熔體中溶解鈦的反應。