[发明专利]铝基晶粒细化剂

说明书

发明目的

本发明涉及铝基晶粒细化剂或精炼剂(refiner agent)。

更具体地，本发明的目的集中于含有钛、锌、钛以及碳的新型铝合金(也称为“母合金”)，该新型铝合金通过熔化铝及随后添加钛、锌以及碳而获得或合成。在获得所需组合物并对其进行均质化之后，通过将熔化的合金铸成所需形状而进行成型。所述母合金的微结构由α铝基体、TiAl₃的金属间相以及钛-锌-碳三元化合物的细颗粒(在nm和几个μm之间的范围内的颗粒尺寸)构成。该四元母合金的实际应用是对铝晶粒及其合金进行细化。

应用领域

本发明的应用领域可见于铝冶金工业，特别用于细化铝晶粒及其合金。

背景技术

已知，铝晶粒细化及其合金细化是广泛使用的工业实践。标准商业晶粒的细化剂是Al-Ti-B的母合金，其含有TiB₂颗粒并可以以不同Ti和B含量商购获得。最常用的母合金是棒形式的Al-5％Ti-1％B(除非另有指明，以重量表示百分组成)。

已知Al-Ti-B母合金可有效用于一般用途，但由于存在TiB₂的大颗粒和附聚作用，它们在某些特定用途中导致下述缺陷：

铝箔中的孔；

在金属板和需要良好表面抛光的相似产品中的条纹和表面缺陷；

铸块中的收缩裂缝和裂化，特别是在诸如7010/7050之类用于航空工业的某些高电阻合金中。

另外，必须添加较大量的Al-Ti-B用于高温细化含有Cr和Zr的合金晶粒，Cr和Zr被认为是Al-Ti-B传统晶粒细化的毒物。

鉴于在特定应用的广泛领域中存在上述问题，主要发明人AbinashBanerji博士开发了含有TiC颗粒的无硼三元晶粒Al-Ti-C细化剂，所述TiC颗粒形成铝晶粒的核心(Abinash Banerji博士，Doctoral Thesis at theTechnical University of Berlin(柏林科技大学博士学位论文)，1987)。

该三元晶粒细化剂的生产程序后来在1985年被授予专利权(美国专利第4748001号和第4842821号，欧洲专利第0214220号(英国)、第0214220号(法国)、第0214220号以及第P3679263.2号(德国)、第0214220号(荷兰)，澳大利亚专利第595187号、加拿大专利第1289748号、日本专利第2121452号，挪威专利第167589号)。

对于最近十多年和迄今为止，世界上许多制造商已经商业生产了Al-Ti-C晶粒细化剂，但是Al-Ti-C母合金可以以不同含量Ti和C获得。然而，最常用的母合金具有Al-3％Ti-0.2％C的近似组成。

尽管是近十多年的工业实践，但是，迄今为止可获得的Al-Ti-C晶粒细化剂尚不能有效解决与传统Al-Ti-B晶粒细化剂相关的问题，这是因为需要添加较大量来获得与用商业Al-Ti-B晶粒细化剂所获得的晶粒尺寸相似的晶粒尺寸水平。

综上所述，本发明的目的集中于开发另一种细化剂，所述细化剂超过迄今为止可商购获得的Al-Ti-C晶粒细化剂的性能，并高效解决与传统Al-Ti-B晶粒细化剂相关的公知问题，必须指出的是申请人并不知道已经生产的含有锌、钛以及碳的表现有细化晶粒性能的任何合金或任何铝基母合金(例如本发明要求保护的合金或铝基母合金)。

具体实施方式

具体地，作为本发明主题的晶粒细化剂如下生产：

在熔炉中，在常规铝熔化温度(约700-1000℃)下熔化可商购获得的纯铝(通常99.7％的铝)，以海绵钛或废钛(例如，小片)的形式添加所需量的钛。钛的另一来源可为含有钛的盐，例如，K₂TiF₆。在该最后一种情况中，一开始可以通过将所需量的盐添加至熔化的铝而生产Al-Ti的二元混合物，并且在二元Al-Ti混合物制备好并从熔化的表面去除熔渣之后，可开始接下来的步骤。可选地，还可直接熔化Al-Ti的母合金。

接下来，将纯锌或含有锌的合金(例如，Zn-Al合金)添加至熔化块，然后添加碳粉，所述碳粉可为石墨或无定形碳。

通常的工艺是添加钛之后添加锌和碳，但是元素的添加顺序并非限制本发明。添加可以是三种元素一起或者是一种接一种进行。