[发明专利]一种改善铝钛硼合金中Al3Ti颗粒尺寸、分布及形貌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝钛硼合金制备技术领域，更具体地讲，涉及一种改善铝钛硼合金中Al₃Ti颗粒尺寸、分布及形貌的方法。

背景技术

铝钛硼中间合金作为目前使用最为广泛的铝及铝合金细化剂，其细化能力早已得到普遍认可，然而随着工业发展，对铝及铝合金的性能要求也不断提高，传统的铝钛硼合金，由于其起细化作用之一的粒子Al₃Ti颗粒具有尺寸较大、分布不够均匀且形貌多为长条状等缺点，导致铝钛硼合金细化能力有限，阻碍了铝及其合金性能的进一步提高，新开发的铝钛碳中间合金，虽然细化能力优于铝钛硼，且没有“细化剂中毒”现象，但由于其制备工艺复杂、成本较高，且碳在铝熔体中的溶解度较低，而难以形成有效细化粒子TiC，因此未能广泛生产应用；与此同时，“传统细化剂+稀土”的新型铝及铝合金晶粒细化剂还处于实验室研究阶段。

江南大学马林在其学位论文“Al-Ti-B晶粒细化剂的细化性能研究”中指出：采用不同加盐次序制备铝钛硼中间合金，混合加盐制备的铝钛硼中间合金中Al₃Ti颗粒尺寸最小，使用此铝钛硼中间合金细化后的α-Al尺寸也最小；山东大学刘相法等人在“Al-Ti中间合金中TiAl₃形态及对细化效果的影响”一文中得出：不同形态的Al₃Ti具有不同细化效果，快速凝固的块状Al₃Ti颗粒细化效果最佳。

由此表明，很有必要对传统铝钛硼合金加以改进，减小Al₃Ti颗粒尺寸，改善其分布状况和形貌，以满足对铝及铝合金细化能力提出的更高要求。

发明内容

本发明为解决现有铝钛硼合金中Al₃Ti颗粒尺寸较大、分布不够均匀且形貌多为长条状而导致铝钛硼合金细化能力有限的问题，旨在提供一种改善铝钛硼合金中Al₃Ti颗粒尺寸、分布及形貌的方法。

本发明为解决现有技术问题所采取的技术方案为：通过提供一种改善铝钛硼合金中Al₃Ti颗粒尺寸、分布及形貌的方法，具体步骤如下：

A、在铝钛硼合金上面撒上覆盖剂，放入预先升温到1100℃的箱式电阻炉中；

B、将箱式电阻炉快速升温到1200～1250℃进行熔炼，保温30～35分钟；

C、将熔炼好的合金快速倒入铜模中，并迅速压上铜模上盖，从而获得Al₃Ti颗粒平均尺寸在6μm左右，且花瓣状和块状的Al₃Ti占Al₃Ti总体积分数的65%～75%范围内的铝钛硼合金。

所述步骤A中的铝钛硼合金中的原始Al₃Ti颗粒平均尺寸在50μm左右且为长条状。

所述步骤A中的覆盖剂是质量分数为50%的KCl和50%的NaCl均匀混合组成的固体粉末，防止合金的烧损，减少氧化物的产生，净化熔体。

所述步骤B中的升温速率在10℃/min以上。

所述步骤C中，要求使用铜模作为浇注模型，采用快速压制法改善铝钛硼合金。

所用覆盖剂为分析纯化学试剂KCl和NaCl的均匀混合物，将其在300℃下烘烤5小时去除结晶水，然后按质量比1:1均匀混合，保存于大于100℃的恒温干燥箱中保持干燥以备使用。

铜模压制时，要注意倒入合金液和压合金液的速度，要求合金液冷却速率在10²～10⁴K/s范围内，以保证铝钛硼合金液快速凝固，压合金液的目的是为了更快地使合金液完全冷却。刚倒入铜模中的合金液，与铜模接触的一面几乎瞬间就凝固了，但合金液内部及上部分还是液态，因此用铜模上盖快速压向合金液可使合金液快速地、完全地凝固，具体操作如图1。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：本发明成功细化了Al₃Ti颗粒，使其由原先的平均尺寸为50μm减小到6μm左右；本发明改善了Al₃Ti颗粒的分布，细化后的Al₃Ti颗粒更为均匀的分布于铝基体中；本发明改善了Al₃Ti颗粒的形貌，由原始的长条状变为细化效果更好的花瓣状和块状，进而提高铝钛硼合金的细化能力。

附图说明

图1是本发明中采用的铜模快冷压制法的示意图；

图2是原始铝钛硼和使用本发明方法改善之后的铝钛硼合金的XRD对比图；

图3是原始铝钛硼合金组织的SEM图；