[发明专利]一种铸造铝硅合金用Al-Ti-Nb-B细化剂及其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种铸造铝硅合金用Al‑Ti‑Nb‑B细化剂及其制备方法及应用。铸造铝硅合金用Al‑Ti‑Nb‑B细化剂，其成分为96.20~98.90 wt.%Al，0.30~1.30 wt.%Ti，0.50~2.0 wt.%Nb，0.30~0.50 wt.%B。其含有质量百分数为2~4%，颗粒尺寸为小于20微米的细化质点物相MAl₃及MB₂，M为Ti或Nb。其制备方法包括以下步骤：a.原料的称量；b.Ti‑Nb‑B中间合金的熔炼；c.Al‑Ti‑Nb‑B细化剂的熔炼。一种应用Al‑Ti‑Nb‑B细化剂于铸造铝硅合金的方法和步骤为：a.熔化铝硅合金；b.加入Al‑Ti‑Nb‑B细化剂；c.浇铸。本发明制备的Al‑Ti‑Nb‑B细化剂可将铝硅合金中的α‑Al的晶粒尺寸细化至150~450微米；大幅减少Nb含量，降低了原料成本；保证了制备Al‑Ti‑Nb‑B细化剂的成分及组织均匀性。

技术领域

本发明属于铝合金冶炼领域，特别涉及铸造铝硅合金用Al-Ti-Nb-B细化剂及其制备方法及应用。

背景技术

铸造铝硅合金由于良好的力学性能和优良的铸造性能在工业中得到广泛应用。对合金进行晶粒细化，可获得致密的合金组织，同时也能减轻铸件的热裂和偏析倾向，降低气孔率，从而可以提高合金的综合性能。最常用且有效的细化方法是添加晶粒细化剂，其中Al-5Ti-B细化剂已得到广泛应用。然而，该细化剂不适用于细化高硅含量铝硅合金（大于5wt.% Si）,主要原因是硅元素与钛元素相互作用而形成毒害钛硅化物，使细化剂失效。

近期出现的Al-Nb-B细化剂可有效细化高硅含量铝硅合金。原因之一是Nb与Si的相互作用弱于Ti与Si的相互作用，使得毒害铌硅化物不易形成，从而保持了Al-Nb-B细化剂的细化效果。然而，Nb相对原子质量大，使NbAl₃、NbB₂等细化质点易沉降失效，出现显著的细化衰退现象。此外，用于制备Al-Nb-B细化剂的Nb粉价格昂贵，提高了Al-Nb-B细化剂的细化成本。例如：对于Al-5Ti-B、Al-5Nb-B细化剂，若分别采用的原料为K₂TiF₆（粉，99.5%，169元/500g，阿拉丁）和Nb粉（99.5%，大于200目（75微米），1995元/500g, 阿拉丁），且添加量为0.1wt.% Ti/Nb，则每细化一吨铝合金时，后者比前者多花2300元）

随着汽车轻量化的推进，常规铸造铝硅合金使用量持续上升，因此迫切需要一种能有效细化高硅含量铝硅合金，且细化成本低的晶粒细化剂。Ti、Nb原子性质相近，细晶相（TiAl₃和NbAl₃、TiB₂和NbB₂）可混溶。因此，通过往晶粒细化剂中同时引入Ti、Nb两种细化元素，以综合Al-Ti-B、Al-Nb-B两类细化剂的优、缺点，最终获得能有效细化高硅含量铝硅合金且细化成本低的Al-Ti-Nb-B细化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种Al-Ti-Nb-B细化剂及其制备方法和在铸造铝硅合金用细化剂的应用，以解决目前高硅含量铸造铝硅合金用细化剂细化效果差、细化剂中Nb含量高导致成本高的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种Al-Ti-Nb-B细化剂，其化学元素组成及其质量百分比为Al为96.20~98.90 %，Ti为0.30~1.30 %，Nb为0.50~2.0 %，B为0.30~0.50 %，其总和为100 %；其含有一定质量百分数的细化质点物相MAl₃及MB₂，其中M为Nb或Ti，其余为铝固溶体α-Al；所述细化质点物相的质量百分数为2~4%，细化质点物相为颗粒尺寸为小于20微米的细化质点颗粒，且弥散分布于α-Al基体中。

一种Al-Ti-Nb-B细化剂的制备方法，包括以下过程和步骤：