[发明专利]铝合金细化剂及用该细化剂制备的铝合金

说明书

技术领域

本发明涉及金属合金制备，特别属于特别铝合金领域。

背景技术

细小均匀的等轴晶是铝及铝合金材料最佳的铸态组织，要获得这种组织，必须通过不同的手段细化晶粒，即结晶组织的微细化处理，包括液态时加入各种中间合金细化剂或借助外来能量，如机械振动、电磁搅拌、对流、超声波处理等使α-Al基体细化。从而显著提高铝材的力学性能和加工工艺性能。晶粒细化可以同时提高材料强度和塑性，是获取优质铝锭、改善铝材质量的重要途径。借助外来能源需要特殊的设备和工艺，在实际工业生产中较难实现，并且还受生产条件等的限制，其作用有限，过程不易控制。在工业生产条件下，只有使用添加细化剂是最简便而又最有效的方法，也是铝熔体处理技术的重要组成部分。Zr是铝合金常用细化剂，但其效果不稳定没有被广泛采用。Sc加入到铝或铝合金中，形成的Al₃Sc与Al基体晶格常数接近，得到很好的细化效果。Sc、Zr复合加入到铝合金中形成Al₃(Zr，Sc)相，效果更为显著。但由于Sc的价格昂贵，目前市面价格约为4万元人民币/千克，因此，难以实际用于工业铝合金的生产。近年来广泛采用的Al-Ti-B细化剂是目前比较有效的晶粒细化剂之一，是铝晶粒细化技术的一项重大突破。虽然Al-Ti-B细化剂具有较优异的细化晶粒性能，但其抗衰减性能难以解决，TiB₂相易聚集沉淀，且TiB₂易受Zr、Cr等原子毒化而失去细化晶粒的作用。近年来，Al-Ti-C的研究与开发取得了较大进展，虽然Al-Ti-C中间合金克服了Zr、Cr等原子的毒化作用，但其细化能力仍低于Al-Ti-B中间合金，且表现出明显的衰减性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种价格便宜的铝合金细化剂。并提供用该细化剂制备的晶粒细小的铝合金。

本发明的详细技术方案为：本发明的铝合金细化剂为Zr-Cr-Nb，Zr、Cr、和Nb元素占制备得到的合金的总质量百分比为0.2～0.5％。

其中Zr、Cr和Nb各自占制备得到的合金的质量百分比最好为：Zr：0.15～0.20％；Cr：0.03～0.25％；Nb：0.04～0.1％。

本发明还应用上述细化剂，制备出一种铝合金，该合金包括Al-Cu-Mg或Al-Zn-Mg-Cu或Al-Cu主合金元素，还包含占铝合金总质量百分比的0.2～0.5％的Zr-Cr-Nb细化剂；Zr、Cr和Nb元素分别占铝合金的质量百分比为：Zr：0.15～0.20％；Cr：0.03～0.25％；Nb：0.04～0.1％；其中Zn、Mg、Cu各元素占合金的质量百分比分别为：Zn：0～9.0％；Mg：0～2.9％；Cu：0.16～5.5％。

在Al-Cu-Mg或Al-Zn-Mg-Cu或Al-Cu主合金元素中，还可微量添加Mn、Ti，加入Mn、Ti的质量百分比为：Mn：0～0.9％；Ti：0～0.25％。

本发明的铝合金细化剂包含Zr的同时，还复合包含Cr和Nb。将这种细化剂用于制备铝合金时，在铝合金中不但添加Zr，还复合添加Cr和Nb，分别部分替代Al₃Zr中的Al和Zr，这样能调整Al₃Zr的晶格类型和参数，形成稳定的L1₂结构(Al，Cr)₃(Zr，Nb)，减小界面能和错配度，提高晶粒细化效果，有利于形成细小均匀的等轴的铸态组织，提高铝合金的后序加工性能。并且，该细化剂的加入工艺简单，且Zr、Cr、Nb价格相对便宜，适于工业化生产。

应用本发明的细化剂制备出的铝合金，其铸态组织晶粒明显比未添加细化剂或仅添加Zr或添加Al-Ti-B等的合金的组织晶粒要细小得多，且分布均匀。

附图说明

图1：对比例1的A-1合金铸态金相显微组织图；

图2：对比例2的A-2合金铸态金相显微组织图；

图3：对比例3的A-3合金铸态金相显微组织图；

图4：对比例4的A-4合金铸态金相显微组织图；

图5：对比例5的A-5合金铸态金相显微组织图；

图6：对比例6的A-6合金铸态金相显微组织图；

图7：对比例7的A-7合金铸态金相显微组织图；

图8：对比例8的A-8合金铸态金相显微组织图；

图9：对比例9的A-9合金铸态金相显微组织图；

图10：对比例10的A-10合金铸态金相显微组织图；

图11：实施例1的B-1合金铸态金相显微组织图；