[发明专利]Al-TiO2-C细化剂的制备方法及其对ZL101合金细化的应用

说明书

本发明公开Al‑TiO₂‑C细化剂的制备方法及其对ZL101合金细化的应用，将原料Al粉、TiO₂粉和C粉混合，在行星球磨机中球磨2个小时，然后置于恒定温度为55℃的干燥箱中进行烘干，再在万能试验机压制预制块，预制块用铝箔包裹，排出里面的空气；置于高温烧结炉中，在1200℃下保温两个小时之后随炉冷却，所得物即为Al‑TiO₂‑C晶粒细化剂。细化剂中TiC和Al₂O₃相最多，Al3Ti相呈细小的圆块状数量明显增多；TiC、Al₂O₃和Al₃Ti对形核起促进作用，Al₃Ti相起主要的形核作用，Al₂₀Ti₂La相起辅助形核作用；用于对ZL101合金细化能够获得很好的细化效果。

技术领域

本发明涉及合金改性剂。更具体地，涉及一种Al-TiO₂-C细化剂的制备及其对ZL101合金细化的应用。

背景技术

随着社会的快速发展和科技日新月异的进步，国防军工、航空航天、汽车船舶等高精尖技术领域对铝及其合金的需求越来越大，并对其性能提出了严格的要求；价格低廉的ZL101合金因具有优良的铸造性能而被广泛的应用，但其共晶硅组织呈粗大的针片状，严重割裂基体降低了力学性能，因而如何细化粗大共晶硅，改变其形态成为众多科研人员的研究方向。添加细化剂的方法因操作简单、成本低且对ZL101合金细化效果好而被广泛应用。目前普遍使用的是 Al-5Ti-B细化剂，细化效果相对较好，但TiB₂粒子作为形核的核心易聚集，硼化物颗粒不易控制导致生成的细化剂不稳定，且对含有Zr、Mn等元素的铝合金产生“毒化”作用，使细化效果衰退，Al-Ti-B系晶粒细化剂的这些缺点限制了其应用。近年来，研究者研发出了Al-Ti-C系晶粒细化剂，TiC作为形核的核心，弥补了Al-Ti-B系晶粒细化剂的不足。Birol Yucel通过制备5种不同C 含量的Al-Ti-C细化剂，研究了C含量对细化效果的影响。结果表明， Al-3Ti-0.75C细化剂具有较好的晶粒细化效果。但随着人们对Al-Ti-C晶粒细化剂的深入研究，发现TiC粒子是形核的核心，当TiC粒子含量少时细化效果不好，含量多表面能升高，TiC粒子聚集以减少体系的表面能，聚集的TiC粒子沉淀到熔体的底部，导致细化衰退，同时，单质Ti的价格昂贵生产成本较高不利于大规模生产应用。因此，研制出细化效果良好、价格低廉、工艺简单且能大规模应用的晶粒细化剂已迫在眉睫。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种细化效果良好、价格低廉、工艺简单且能大规模生产的Al-TiO2-C晶粒细化剂制备方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

Al-TiO₂-C细化剂的制备方法，包括如下步骤：

(A)将原料Al粉、TiO₂粉和C粉混合，然后在行星球磨机中球磨2个小时或以上；

(B)把球磨好的粉体置于温度为55℃的干燥箱中进行烘干；

(C)然后在万能试验机上压制出直径为Φ30mm、高度为10mm的预制块，预制块用铝箔包裹，排出里面的空气；

(D)将压制好的预制块置于高温烧结炉中，升温速率为10℃/min，在 1200℃下保温两个小时之后随炉冷却，所得物即为Al-TiO₂-C晶粒细化剂；

Al粉、TiO₂粉和C粉的质量比为94：(1-10)：(1-5)；Al粉、TiO₂粉和C粉的纯度均为99.9％。

Al-TiO₂-C细化剂的制备方法，包括如下步骤：