[发明专利]一种铝‑钇‑硼中间合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属金属材料领域，特别涉及一种用于细化铝及铝合金晶粒的铝-钇-硼中间合金及其制备方法。

背景技术

随着汽车轻量化的不断发展和国家节能减排战略的逐渐实施，以铝及其合金为代表的轻质合金的应用日益广泛，对其组织和性能要求的提高也越来越迫切。要想使铝合金获得优异的性能，需要对铝合金熔体进行细化处理，适当的细化处理可以改善铝合金的组织并极大提高其力学性能。目前，在国内外工业生产中主要是通过添加细化剂的方法进行晶粒的细化，常用的细化剂为Al-Ti-B等中间合金。Al-Ti-B中间合金在铸造铝合金的生产中应用一直占主导地位，也是公认的一种有效的细化剂，但是由于该中间合金中的Ti元素会与含Si量高于3%的Al-Si系铸造合金中的Si反应生成TiSi相 和 TiSi₂相，影响了Ti元素含量，消弱了该中间合金中TiB₂粒子的形成，弱化了其细化效果，产生所谓的毒化作用，所以这也就限制了该中间合金的应用领域。为此，经过大量的实验，发明了一种新型的中间合金，作为铝合金组织细化的形核剂使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效细化铝及其合金的铝-钇-硼中间合金，同时提供一种工艺简单、成本低、适合工业生产的制备工艺及方法。

本发明是通过以下方式实现的：

一种铝-钇-硼中间合金，包含铝、钇、硼三种主要元素，各组分的质量百分比分别是：铝85.00%-95.00%，钇0.50%-10.00%，硼0.50%-5.00%；铝锭纯度≥99.9%，该中间合金中弥散分布着微米级的YB₂粒子，且数量多，钇元素可以是以铝-钇中间合金或纯金属钇加入，硼元素是以氟硼酸钾的形式加入。

上述铝-钇-硼中间合金的制备方法，其特征包含以下步骤：

铝-钇-硼中间合金的制备方法是：首先将纯铝置于电阻炉中熔化并升温至800-1100℃，在熔化的铝熔体中依次加入一定质量的金属钇或铝-钇中间合金、氟硼酸钾，用石墨棒充分搅拌，然后置于电阻炉中保温，每隔10min-15min用石墨棒搅拌一次；待混合熔体保温达到预定时间，将混合熔体静置5min，压入六氯乙烷精炼并扒渣，最后将混合熔体浇注成锭或连铸制成线材。该中间合金的制备工艺简单，成本低，适宜工业化生产；所制备的铝-钇-硼中间合金对铝及铝合金具有优良的晶粒细化效果。

上述所述的六氯乙烷在烘干箱中将水分烘干；将模具和扒渣所用工具涂刷一层涂料，防止杂质元素Fe的污染。在整个制备过程中选用石墨坩埚进行熔炼，选用石墨棒搅拌，目的是防止Si的污染。

具体实施方式

下面给出本发明的两个最佳实施例。

实施例1

按照如上所述的制备工艺和方法制备Al-5Y-B中间合金的过程如下：

（1）原料准备：铝锭、金属钇、氟硼酸钾、六氯乙烷等，其中铝锭纯度≥99.9%。

（2）制备1kg的中间合金，按照质量分数比Y/B=5称量所需的原料，铝的烧损率为2-3%。

（3）六氯乙烷置于烘干箱中，在100℃加热1h，以除去水分。

（4）将所需的模具、扒渣工具涂刷一层涂料，防止Fe等杂质元素的污染，在制备过程中使用石墨坩埚进行熔炼，选用石墨棒进行搅拌，防止Si的污染。

（5）利用井式电阻炉将铝锭熔化并加热至850 ℃，待铝锭完全熔化后，先将已称量的金属钇用铝箔纸包好，并放入于铝熔体中不断用石墨棒搅拌后静置5min；然后加入已称量的氟硼酸钾，用石墨棒搅拌后置于电阻炉中保温，温度设定为800℃，每隔15min搅拌一次，以保证反应完全进行；混合熔体在电阻炉中保温1h，加入占总质量2-3%wt的六氯乙烷进行精炼除气处理，静置5min后用扒渣工具拔除熔渣，最后将熔体浇注成锭。图1所示的是Al-5Y-B中间合金的金相组织，图中浅色块状结构是YB₂粒子的形貌，YB₂粒子均匀弥散分布在基体组织中。

实施例2

按照如上所述的制备工艺和方法制备Al-2Y-2B中间合金的过程如下：

（1）原料准备：铝锭、金属钇、氟硼酸钾、六氯乙烷等，其中铝锭纯度≥99.9%。

（2）制备1kg的中间合金，按照质量分数比Y/B=2/2称量所需的原料，铝的烧损率为2-3%。

（3）六氯乙烷置于烘干箱中，在100℃加热1h，以除去水分。