[發明專利]一種鋁鈧鋯中間合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202211461707.3
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115896551A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 周吉學;李志;吳建華;王美芳;劉運騰;劉洪濤;張素卿;莊海華;王西濤
• 申請（專利權）人: 山東省科學院新材料研究所
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03;C22C1/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明屬于新材料技術領域，提供了一種鋁鈧鋯中間合金及其制備方法。具體包括：氧化鈧的預氟化、氟化；等離子球磨制備混合粉，等離子球磨提高了粉體的表面活性，促進化學反應的進行，提高了氧化鈧的氟化率和鋁鈧鋯中間合金中Sc、Zr的收得率；混合粉的壓實；混合粉與鋁的熱還原反應；鋁液的除氣除雜與攪拌；制備鋁鈧鋯中間合金。本發明的制備方法能夠通過鋁熱反應同時獲得含有Sc、Zr元素的Al?Sc?Zr中間合金，制備方法簡單，操作方便。

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，涉及一種鋁鈧鋯中間合金及其制備方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

金屬鑄造中為引入其他金屬材料，常用的加入方式為中間合金。中間合金是以一種金屬為基體，將一種或者幾種單質加入其中，用來改善合金性能的特種合金，是一種添加型的功能材料。中間合金與擬加入的單質相比，一般具有更低的熔點、更快的溶解速度、更穩定的實收率、更強的改善合金性能的能力，因此，中間合金可用于合金生產過程中元素的準確添加及成分調整、細化晶粒、變質處理、凈化處理、脫氧脫硫處理、固溶硬化等，在鋁及鋁合金、銅合金、鋼鐵等行業有著廣泛的應用。鑄造時，加入中間合金以調節熔融金屬的合金成分，不會發生加入單質時發生的易燒損、高熔點不易熔入、密度大易偏析等問題。

鋁(Al)合金具有密度低、高的比強度、易加工、抗腐蝕、導電導熱性能優等特點，被廣泛應用于航空航天、交通運輸、船舶等領域。隨著現代工業的高速發展，對鋁合金的綜合性能提出了更高要求。一般通過向鋁合金中添加微量的稀土元素來改善其性能，其中，鈧(Sc)元素具有稀土、過渡族元素的特性，鋁合金中添加微量的鈧元素，添加量一般小于0.5wt.％，可以細化晶粒，實現細晶強化；析出的Al₃Sc粒子實現析出強化和亞結構強化，提高鋁合金的強度、韌性、耐腐蝕等綜合性能，是最有效的鋁合金合金化元素。在添加微量鈧的同時。添加其他過渡族元素，如鋯(Zr)、釩(V)等，強化效果更加顯著，特別是Zr元素，可以置換Al₃Sc中近50％的Sc原子，形成Sc為核心、Zr為殼的核-殼結構，由于Zr的擴散系數比Sc低，可以形成穩定的Al₃(Sc，Zr)粒子，其合金強化效果更佳。

目前，鋁鈧鋯(Al-Sc-Zr)中間合金一般通過Al-Sc中間合金和Al-Zr中間合金對摻熔煉制備Al-Sc-Zr中間合金，或者利用Sc₂O₃、ZrO₂通過熔鹽電解法制備Al-Sc-Zr中間合金。熔配法所需的Al-Sc、Al-Zr中間合金通過對摻法、金屬熱還原法、熔鹽電解法等獲得，因此制備Al-Sc-Zr中間合金的流程長。熔鹽電解法裝置復雜，生產效率低。

常見的鋁鈧鋯(Al-Sc-Zr)中間合金的合金化率約為2wt.％以下，更高的合金化率往往導致中間合金內部的區域偏析，區域偏析問題使中間合金的成分不均勻，進而使不同批次鑄件的成分不穩定。制備更高合金化率的中間合金，就要消除區域偏析等偏析問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種鋁鈧鋯(Al-Sc-Zr)中間合金及其制備方法，利用等離子球磨技術得到均勻分散的熔鹽體系，同時提高了熔鹽體系的表面活性，結合均勻化工藝，能夠實現Al₃Sc、Al₃Zr粒子均勻分散在鋁基體中，是一種低成本、短流程的Al-Sc-Zr合金制備方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：

第一方面，一種鋁鈧鋯中間合金的制備方法。利用等離子球磨技術得到預氟化物(NH₄)_xScF_y的混合粉及均勻分散的熔鹽體系，同時提高了熔鹽體系的表面活性，采用鋁熱還原法制備得到鋁鈧鋯中間合金，合金元素比例為：Al-