[发明专利]长寿命铝硅合金晶粒细化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于铸造铝硅合金晶粒细化的细化剂，尤其涉及一种长寿命铝硅合金晶粒细化剂及其制备方法。

背景技术

传统的Al-5Ti-B晶粒细化剂在铸造铝硅合金时会发生中毒现象，从而使得细化剂的细化效率大打折扣，甚至完全失去细化作用(见S.A.Kori，B.S.Murty，M.Chakraborty，Mater.Sci.Eng.A283(2000)94.)。究其原因，乃Al-5Ti-B中过量的Ti与铝硅合金中的Si相互作用使得形核质点被包裹所致(D.Qiu，J.A.Taylor，M-X.Zhang，P.M.Kelly，Acta Mater.55(2007)1447.)。因此，有人开发出了Al-B中间合金作为铝硅合金铸造用的“无钛”细化剂(S.Nafisi，R.Ghomashchi，Mater.Sci.Eng.A452-453(2007)445，以及，丁超，刘源，李言祥，特种铸造及有色合金，30(2010)465.)，以及Al-3Ti-3B为例的“过硼”细化剂。但是，实践证明，这些细化剂存在严重的退化现象；其主要原因有两点：首先，这些中间合金中作为有效形核质点的颗粒是AlB₂，它极易在铝熔体中溶解；另外，AlB₂与液态铝的密度差使得其在保温过程中沉降，加速了退化过程。上述退化现象严重制约了Al-B合金在铸造铝硅合金中的大规模应用，随着连铸技术的发展，迫切需要一种长寿命、抗退化的细化剂。

发明内容

鉴于现有技术所存在的上述问题，本发明旨在公开一种长寿命铝硅合金晶粒细化剂及其制备方法，所述细化剂一方面延长了形核质点在高温熔体中的存在时间，同时，改善了颗粒的沉降行为，从而具有长寿命、抗退化的特点。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种长寿命铝硅合金晶粒细化剂，是一种Al-B合金，其特征在于：

其成分的质量百分比为，硼：1.0-5.0％，铝：余量；

其在制备过程中，硼以KBF₄的形式添加入铝熔体中，在900-1200℃下熔炼合成Al-B合金；

在所述Al-B合金中，有AlB₂和AlB₁₂两相共存。

本发明所述的细化剂的另一种方案是：所述细化剂的成分中还可以包括质量百分比不大于5％的钛(Ti)，并且钛的质量百分含量不大于硼；钛以K₂TiF₆的形式与以KBF₄的形式的硼一同经研细、烘干、压块后添加入900-1200℃下的铝熔体中熔炼。

所述长寿命铝硅合金晶粒细化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料研磨：将KBF₄粉末或KBF₄与K₂TiF₆的粉末研细、烘干；

在此的研磨过程用以保证后续烘干作用充分，使粉末样品内的水分完全去除，便于控制成品的成分。

(2)压块：利用压片机将烘干的粉末压成一定大小的预制块备用；

压块的主要作用有两点：一是控制反应更加容易，使原料完全浸没入铝液内部，充分反应；二是块状原料可以将反应区集中于加入部分，热量不易散失，更易于生成AlB₁₂。

(3)熔炼铝锭：将工业纯铝置于炉内熔化，温度升至900-1200℃；

高温制备过程利于AlB₁₂的生成：因氟盐反应为高放热反应，当反应温度高于900℃以上时，大量反应热造成反应界面处的温度高于AlB₁₂的生成温度，从而可在较低制备温度下生成AlB₁₂。此外，为防止原料过度氧化，温度不宜高于1200℃。

(4)合成反应：在900-1200℃下，将预制块小心压入铝熔体液面以下，反应过程中不要施加任何搅拌作用，整个过程采用热电偶实时测温；

这里需要特别指明的是，常规的制备方案中经常要施加搅拌作用，以利于更加均匀的反应。然而本发明的发明人在实验中证明，搅拌会使得反应产物包裹AlB₂和AlB₁₂颗粒，并会加剧颗粒的团聚，从而削弱细化剂的细化作用，不利于得到均匀的组织。因此，在本方案中，一个关键的技术要领是，整个反应过程中不施加任何搅拌作用。

(5)保温：待温度停止上升后，保温15min；