[发明专利]一种用于铝及铝合金的球磨-压制-烧结工业化制细化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于铝及铝合金熔炼过程中需要加入的细化剂，属于金属材料粉末加工领域，更特别地说，是指一种应用于铝及铝合金中的高效细化剂，该高效细化剂采用了球磨-压制-烧结低成本的工艺组合加工制得。

背景技术

随着科技的进步，高铁、电子、信息、远洋、汽车、航空航天新材料等工业领域用铝量日益增加，铝合金的应用也越来越广泛，2010年，全球铝合金产量为4042万吨。因此，在当今世界，人均铝消耗量已经成为衡量一个国家国民经济综合实力、国防工业现代化和人民生活水平的重要指标之一。然而，纯铝的强度和硬度都低，从而限制了其应用范围，因此，需要采用合金化和晶粒细化等方法来提高纯铝及铝合金的强度和硬度。

目前，在铝加工工业中最常用的铝及铝合金晶粒细化剂是Al-Ti-B中间合金，其对所有铝及铝合金铸锭组织具有显著的细化作用，可使铸锭、铸件组织均匀，减少偏析，提高塑性，防止裂纹、缩孔等缺陷；同时显著提高铸锭、铸件强度。对于需轧制、挤压、拉伸、锻造生产用的各种锭坯，板坯制品，可显著提高机械性能，改善表面处理的外观质量，提高材料的使用价值和成品率。

上世纪80年代末，美国的KBA公司研制出Al-Ti-C中间合金。本世纪初，一些科研单位及企业陆续开始进行含稀土的晶粒细化剂产品的研发。这些都是只基于提高单一的晶粒细化功能进行的研发和改进。然而，随着整体加工技术的发展，以往由多个铝合金部件构成的飞行器部件，目前均由大块铝合金锭整体加工而成，这既降低能源、材料消耗，也提高了产品的安全可靠性。以国产大型客机、嫦娥工程等为代表的我国航空航天重大高新技术项目，大多采用这种整体加工技术。这就对大尺寸铝合金材料的冶金质量提出了高标准的要求，单一的细化功能细化剂产品已不能满足大型铸件产品，尤其是航空航天用大型铝合金铸件的性能改善的高标准要求。细化剂产品向具有净化、细化等多功能复合型的联合细化剂方向转变势在必行。

发明内容

为了提高铝及铝合金的晶粒细化，本发明采用球磨-压制-烧结低成本的工艺组合来制得高效的细化剂。本发明细化剂不仅析出了分布均匀的、有效的异质形核核心TiB₂和TiAl₃两相,还形成了可以净化铝熔体的冰晶石(K₃AlF₆)组织。应用本发明细化剂对铝及铝合金进行晶粒细化后，纯铝的平均晶粒尺寸为250微米以下，能够有效提高铸造铝及铝合金的晶粒细化效果。

本发明提出了一种用于铝及铝合金的球磨-压制-烧结工业化制细化剂的方法，包括下列步骤：

第一步：原料配制

将工业纯铝(Al)粉末、工业纯氟钛酸钾(K₂TiF₆)粉末和氟硼酸钾(KBF₄)粉末按照一定质量比例混合，制成混合原料；

用量：100重量份的Al粉末中加入11.0～13.0的工业纯K₂TiF₆粉末、7.0～9.0的KBF₄粉末。

第二步：球磨混合

将混合原料加入球磨容器中，选好球料比、装球容积比和球磨介质；然后设置球磨温度、转速、时间，在氩气气氛中进行球磨，得到球磨后混合粉；

在本发明中，球磨容器为不锈钢球磨罐。

在本发明中，球磨介质为不锈钢球，大球直径为10mm，小球直径为5mm。大球与小球之比(个数)为1:3～8。

在本发明中，球料比(重量份)为10:0.5～1.5。

在本发明中，球磨温度为15℃～35℃，球磨容器的转速为300～350rpm，转60min停10min，并调整转的方向，总共球磨时间为20～40小时。

第三步：压制

将球磨后混合粉装入模具中，在15℃～35℃、50MPa～100MPa压力下压制成型，得到细化剂成型体；

第四步：烧结

将细化剂成型体在真空度为1.0×10^-3Pa～3.0×10^-3Pa，烧结温度为550℃～600℃的条件下进行烧结30～150分钟，制得细化剂。