[发明专利]铝钛硼碳稀土细化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学、冶金部，冶金分部，冶金、黑色或有色金属合金、合金或有色金属的处理大类，合金小类，更具体地说，是涉及一种铝及铝合金的铝钛硼碳稀土细化剂及其制备方法。

背景技术

铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，主要包括高纯铝、工业纯铝、以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。

由于铝合金具有优良的性能，在各个领域得到广泛应用。要获得综合性能优异的铝合金，对于铸态组织特征应是细小均匀的等轴晶组织，到目前为止最有效、最简单方法是向铝熔体内添加细化剂。

Al-Ti-B合金细化剂仍然是铝行业使用最广泛的细化剂，其优良的晶粒细化效果得到人们的认可。据统计，大约有75％的世界铝工业使用的是Al-Ti-B合金线材。Al-Ti-B合金细化剂由于生产工艺相对简单、生产方式多样、细化效果基本满足大型铸锭的要求，同时适用方便、不含卤化物、不侵蚀熔铸设备工具、不污染环境等的特点，决定了Al-Ti-B合金细化剂成为工业大型铝合金铸锭的最常用细化剂。但Al-Ti-B合金细化剂尚存有不足，主要表现在：应用的条件有一定限制，抗温性能和抗衰减性差；TiB₂硼化物粒子易聚集，应用时易造成轧辊表面损伤、箔材针孔增多、粒子堵塞供料浇注咀、型材表面划伤及产品组织不均匀等质量问题；另外，对含Cr、Mn、Zn等元素的铝合金有毒化作用。

在工业实践中可知，大量的氟盐添加到高温铝熔体中会产生大量的熔渣以及高温氧化产物，这些反应产物及氧化产物难以完全去除，从而影响Al-Ti-B合金细化剂的纯净度和后续的细化，尤其是铝板、带、箔等工业铝材的细化质量；因此，在保证细化效果的条件下，应尽可能的降低盐的加入量。并且，过多的细化剂加入虽然细化了晶粒达到细化目的，同时带入过多的Ti、B、Fe、Si等相对于固定成分合金的杂质元素从而影响高品质合金，特别对于合金成分要求较高的铝板、带、箔等高性能铝材在达到细化目的的条件下，应尽可能的减少细化剂的加入量。

铝工业上另有一种Al-Ti-C合金细化剂，该细化剂是人们多年追求的、被认为是理想的铝及其合金细化剂。从目前研究结果来看，虽然细化效果与Al-Ti-B合金相当，并克服了Al-Ti-B合金细化剂TiB2聚集等缺点。但是，Al-Ti-C合金细化剂也存在不足，主要表现在：TiC粒子在一定条件下，易被Al₄C₃粒子取代，Al₄C₃粒子属六方晶格，与α-Al的晶格原子间距差很大，不能成为α-Al的有效形核核心，从而易失掉形核作用，使细化剂自身被毒化而失效。

进一步地，若在Al-Ti-C合金中加入稀土元素形成Al-Ti-C-Re合金细化剂，虽然增强了合剂的细化效果，但也未解决Al-Ti-C合金细化剂存在的上述不足。

同样地，在Al-Ti-B合金细化剂中加入稀土元素，形成Al-Ti-B-Re合金细化剂，该细化剂也存在分布不均匀、质量不稳定等缺陷；虽然，单独的Re元素本身就有细化晶粒的效果，但Al-Ti-B-Re中的Re为为混合稀土，只是为了优化合金组织和微弱增加Al-Ti-B-Re细化能力；因此，也未从根本上解决Al-Ti-B合金细化剂存在的TiB₂硼化物粒子易聚集等问题。

目前，在高档铝箔坯料连续铸轧生产时，应用的晶粒细化剂主要依靠进口。现比较认可的主要有英国LSM公司、荷兰KBM公司等生产的Al-Ti-B合金细化剂。虽然比国内的好，但也未彻底解决Al-Ti-B合金细化剂存在的弊端。因此，研发高品质铝合金晶粒细化剂取代进口是我国铝行业晶粒细化剂亟待解决的问题。

发明内容