[发明专利]一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铝合金材料及其制备方法，具体涉及一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料及其制备方法。

背景技术

变质作用能够极大地提高铝合金的综合机械性能和化学稳定性指标，有时甚至是颠覆性的，能够产生变质作用的物质称为变质剂。

铸铝合金中加入微量的Ti、Zr、B后，在合金中科形成细小的不溶的金属间的化合物，其质点与Al有近相同的点阵类型和相近的点阵常数，或具有共格对应晶面，均可作为Al固溶体的结晶核心而起到细化晶粒的作用。

目前，使用Ti和B变质的方法有以下几种：

一、钛硼熔剂细化法

由于钛硼熔剂中同时含有Ti和B两种细化晶粒作用很强的元素，它们在铝合金液中形成TiAl₃和TiB₂，未熔化的TiAl₃和不熔化的TiB₂(其相对密度4.4，熔点为2900℃)都残留在铝合金液中，成为铝合金的初晶α枝晶组织的有效异质结晶种。这种熔剂细化晶粒的优点是：①因为有Ti、B两个细化晶粒的元素和Ti含量为Al-Ti中间和金的8倍，故细化晶粒的效果非常好，比Al-Ti中间合金的效果大很多；②处理成本比用Al-Ti中间合金低很多；③熔剂成块状，省去了熔化配制中间合金的许多费用，烧损也少；④储存省面积，很简便，且块重标准化，用前无需称重；⑤熔剂块自沉降、自扩散、利用率高、简化了操作，改善了劳动条件和减轻了劳动强度；⑥适用范围广，既适用铸造铝合金，又适用变形铝合金；既适用纯铝，又适用铝合金。其缺点是：TiB₂和TiAl₃一样，密度也比铝合金大，如保温时间过长，也会自沉降，凝聚成夹杂物。

二、铝钛硼丝细化法

采用铝钛硼丝细化法，必须使用钛硼丝细化剂，其制造工艺复杂，生产成本贵，例如：中国发明专利CN201010541740“一种高洁净度铝钛硼合金细化的制造方法”，包括以下步骤：(1)将铝锭熔化加入氟钛酸钾和氟硼酸钾合金化；(2)倾倒出浮于铝液表面的反应副产物，并用氧化铝粉中和；(3)提升铝液温度，撒上氧化铝粉层；(4)用管通氩气或氮气，使铝液中包裹的残渣液浮出，并被中和；(5)利用小气泡旋转除气精炼技术处理后测量其含氢量；(6)在800℃以上的热状态下，撒上特殊高温防氧化覆盖剂层；(7)将提升铝液温度，将铝液导入装有氧化铝陶瓷过滤器的过滤箱体，对合金铝液进行在线过滤处理；(8)最后降低铝液温度，撇除浮渣，浇铸成型生产成铝钛硼丝。

目前，对铝合金的需求量越来越大，质量要求越来越高，研发一种工艺简单，变质效率高的钛硼变质剂及其高性能铝合金材料具有重大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：钛硼变质剂及其变质的铝合金工艺存在的问题，本发明通过一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料及其制备方法，具有工艺简单，变质的铝合金的晶粒更细，具有良好的性能。

本发明采用的技术方案：本发明的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，按重量百分比计，该合金成分为Cu：3.0～7.0％，Mn：≤0.8％，Mg：≤1.2％，Ni：≤2.3％，Zn：≤0.2％，Ti：≤0.2％，Zr：≤0.25％，钛硼复合变质剂为总量的1ppm～0.1％，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05％，合计≤0.15％。

本发明所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，上述合金的组成，Si、Fe元素含量满足：Si：≤0.6％，Fe：≤0.6％。

本发明所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，钛硼复合变质为H₃[TiCl₆]和BN的混合物，其中BN质量分数为1％～50％。

本发明所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，钛硼复合变质剂的分子晶体聚集态颗粒度为10～100目。

本发明所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：在上述元素比例范围内，选定一组元素和钛硼复合变质剂比例，再根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种单质金属的质量，编制合金生产配料表，并按配料表选足备料；

步骤二：往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；

步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；