[發明專利]一種鋁鋯碳稀土細化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201710105945.3
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106834815B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 王順成;農登;徐靜;黃正華;鄭開宏
• 申請（專利權）人: 廣東省材料與加工研究所
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/02;C22C1/06;C22C23/00
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所44216
• 代理人: 劉卉

技術領域

本發明屬于細化劑技術領域，具體是涉及一種鋁鋯碳稀土細化劑及其制備方法。

背景技術

鎂合金是目前工業應用中最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度和比剛度高、阻尼減震性好、電磁屏蔽效果好等優點，在汽車、摩托車、電子信息、軌道交通、航空航天等領域具有很大的應用潛力。但大多數鎂合金的絕對強度仍然較低，其次，鎂合金是密排六方晶體結構，其室溫塑性變形能力較差，限制了變形鎂合金板帶、管材、型材和鍛件等產品的生產和應用。晶粒細化是提高鎂合金力學性能和改善鎂合金塑性變形能力的有效方法，同時晶粒細化還有助于提高鎂合金組織的均勻性，提高鎂合金的耐腐蝕性能，減少熱裂和組織疏松等鑄造缺陷。

早在1931年，人們就發現元素Zr對純鎂有明顯的晶粒細化效果，在純鎂液中加入很少量的鋯，就可大大提高純鎂的形核率，起到細化晶粒的效果。但Zr與Al、Mn等元素會形成穩定的化合物，起不到細化晶粒的效果。例如，在含Al的鎂合金中加入Zr，Zr與Al會形成穩定的Al₃Zr化合物，而Al₃Zr的體心正方形晶體結構與鎂的密排六方晶體結構完全不同，且二者的晶格常數相差很大，因此，Al₃Zr不能作為鎂晶粒的異質形核核心，同時形成Al₃Zr將造成鎂合金中Al和Zr的損失。因此，單獨的Zr元素不能作為含Al、Mn元素的鎂合金的晶粒細化劑。后來人們發現ZrC粒子具有熔點高、穩定性好的特點，特別是ZrC粒子與鎂同為密排六方晶體結構并且二者的晶格常數相近，晶格常數錯配度非常低，根據金屬學點陣匹配原理，ZrC粒子是鎂的優良非均質形核核心，據此人們研制了含ZrC粒子的鋁鋯碳合金作為鎂合金的晶粒細化劑，解決了含Al、Mn等元素的鎂合金的晶粒細化問題。

目前，鋁鋯碳合金主要采用鋁熱反應法制備，即以鋯源和碳源為原料，將鋯源和碳源加入到鋁熔體中，通過反應生成含有ZrC粒子的合金液，然后再將合金液鑄造成鋁鋯碳合金錠或連鑄連軋成鋁鋯碳合金桿。但在該制備方法中，由于合金液中ZrC粒子的數量眾多且尺寸細小，粒子之間具有很強的親和性，再加上合金液凝固過程中存在非平衡凝固特性，最終導致鋁鋯碳合金中存在嚴重的ZrC粒子偏析團聚，而ZrC粒子的偏析團聚不僅會降低晶粒細化劑的晶粒細化能力，加速晶粒細化能力的衰退，還會導致鎂合金深加工產品的表面產生砂眼、針孔等缺陷。另外，該方法由于溫度高且鋁熱反應劇烈，會產生大量的氫氣和氧化鋁等熔渣，不僅會造成嚴重的環境污染，還會增加鋁鋯碳合金中氫氣、氧化鋁等非金屬夾雜物以及Fe、Si等金屬雜質元素的含量，降低晶粒細化劑的潔凈度，并最終會影響到使用晶粒細化劑的鎂合金的潔凈度，無法滿足高潔凈、高光亮、高精密的鎂合金深加工產品的生產需要。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種ZrC粒子分布均勻、晶粒細化能力強和潔凈度高的鋁鋯碳稀土細化劑及其制備方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明所述的鋁鋯碳稀土細化劑，其特點是由以下質量百分比的成分組成：Zr 4.5～5.5%，C 0.8～1.2%，RE 0.1～0.5%，余量為Al和不可避免的雜質，其中所述RE的成分及質量百分比為：Pr 8.5%，Nd 9.2%，Pm 12.5%，Sm 6.7%，Tb 15.9%，Dy 11.4%，Ho 10.7%，Tm 7.5%，Yb 13.2%，Lu 4.4%。

本發明所述的鋁鋯碳稀土細化劑的制備方法，其特點是包括以下步驟：

第一步：將鋯粉和碳粉按質量百分比為1:0.15～0.27的比例混合均勻，然后壓制成預制塊；

第二步：將工業純鋁錠在800～850℃加熱熔化，然后加入占鋁錠重量為5.6～7.2%的預制塊，攪拌反應30～90分鐘，除去上面的浮渣，經精煉除氣除雜后得到鋁鋯碳合金液；

第三步：在鋁鋯碳合金液中加入占鋁鋯碳合金液重量為0.1～0.5%的稀土RE，攪拌得到鋁鋯碳稀土合金液；

第四步：將鋁鋯碳稀土合金液降溫至700～740℃并靜置30～60分鐘，然后鑄造成鋁鋯碳稀土合金錠或連鑄連軋成鋁鋯碳稀土合金桿，得到鋁鋯碳稀土細化劑。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

本發明的鋁鋯碳稀土細化劑具有ZrC粒子分布更均勻、晶粒細化能力更強和潔凈度更高的優點，可以使鎂合金獲得更加細小均勻的晶粒組織，滿足高潔凈、高光亮、高精密的鎂合金深加工產品的生產需要，具有廣闊的市場應用前景。

具體實施方式