[发明专利]一种铝钛中间合金细化工业纯铝的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，具体涉及到一种铝钛中间合金细化工业纯铝的方法。

背景技术

铝及铝合金是现代工业广泛使用的重要材料，进一步提高其综合性能一直是材料科学者研究的重点内容之一；铝合金由于质轻、比强度高、耐腐蚀、导电导热性能好、易加工等特性，广泛应用于机械、航空航天、建筑、电器电子和汽车等领域，尤其是在高新技术领域的应用，对铝锭及铝坯在后续深加工工艺中的组织也提出了严格的要求，而控制其组织和性能的关键之一是熔铸出最佳的铸态晶粒组织——细小均匀的等轴晶；然而铝及其合金在铸造条件下容易形成粗大的晶粒组织，要实现其广泛应用，必须改善其铸态组织；晶粒细化对提高铝及铝合金产品质量和成品率有极其重要的作用，例如晶粒细化，能使铸造组织均匀，防止铸锭裂纹，提高铸造速度和铸造成品率，从而改善加工产品的机械性能、加工性能以及内部与表面质量等；Al-Ti系晶粒细化剂在铝合金中，尤其在半连续或连续铸造法工业生产铝铸锭中以得到了较早的应用，实践证明，使用Al-Ti晶粒细化剂，通过Al₃Ti相的包晶反应是                                                （Al）成核，促进了铸造组织细化；对铝及铝合金的组织进行晶粒细化处理，可显著提高材料的加工工艺性能和力学性能，从而对提高铝及铝合金产品质量和成品率有着重要的作用，为获得优良的铸态细化晶粒组织，既可通过在液态铝及铝合金中加入细化剂，也可通过控制冷速或借助外加能量(如机械震动、电磁搅拌、对流和超声波)等细化手段实现；多年来的研究显示，在铝熔体中添加细化剂是最简便有效且成本低廉的细化处理方法。

目前，工业生产中广泛采用的铝合金晶粒细化剂有AlTi、AlTiB等中间合金，与通过加钛盐的方法相比较，具有放出气体少、钛回收率高和成分容易控制等优点；AlTiC中间合金起源于1949年，Cibula发现碳在Al-Ti二元合金中生成的TiC具有晶粒细化作用，从而建立了碳化物理论；TiC不易发生聚集沉淀，对导致AlTiB“中毒”的镐、铬、锰等元素具有“免疫”功能，但是，AlTiC的细化能力低于AlTiB中间合金，而且表现出明显的衰减性，再加上制备的复杂程度，一直没有取代AlTiB的工业应用，由于普通铝钛中间合金中的Al₃Ti相仍比较粗大，因此其变质作用得不到充分的发挥。

目前，随着工业上对纯铝的物理性能和力学性能要求的不断提高，要求开发变质效果更好的铝钛中间合金，一方面要求其加入量更小，降低变质成本；另一方面要求铝钛中间合金中的Al₃Ti相更加细小且弥散分布，使其对纯铝的变质响应时间更短，提高变质处理效果。

为了改善铝钛中间合金对纯铝的变质效果，专利CN 102994788 A“一种Al-5%Ti中间合金细化纯铝的方法”采用等通道变形制备具有细小块状Al₃Ti相的Al-5%Ti中间合金，对纯铝进行变质处理后，使纯铝的晶粒尺寸细化到200以下，获得了较好的综合物理力学性能；但是该专利对铝钛中间合金经过对多道次的变形处理，变质剂的生产成本过高，且由于挤压后的铝钛中间合金中Al₃Ti相仍比较粗大，因此，对工业纯铝的变质处理还有很大的提升空间。

发明内容

本发明的目的主要是通过粉末冶金法制备一种铝钛中间合金，提供一种细化工业纯铝的方法。

一种铝钛中间合金细化工业纯铝的方法，包括下述步骤：

A：铝钛中间合金制备

将铝粉和经过修饰的纳米钛粉以质量比为9:1在丙酮介质中球磨混合，将经干燥的铝钛混合粉末压片、真空烧结，制备出Al₃Ti相细小弥散分布的Al-10wt.%Ti中间合金；

B：将工业纯铝块和常规使用的精炼剂放入石墨坩埚中在690~710的井式炉里加热至熔化，保温10~15min，将Al-10wt.%Ti中间合金加入到熔融的铝液中，通过控制铝钛中间合金的加入量和变质处理时间，获得变质效果好的的纯铝液；

C：将变质后的工业铝液浇入钢模中冷至室温得到所需的工业纯铝铸件。

步骤A中铝粉平均粒度在300目以下，纳米钛粉的平均粒度为800nm。