[发明专利]TiCB-Al晶种合金、其制造方法及可遗传铝合金

说明书

本公开提供了一种TiCB‑Al晶种合金、其制造方法及可遗传铝合金。TiCB‑Al晶种合金包括Al基体以及分散在Al基体上的TiC_B@TiBC晶种，TiC_B@TiBC晶种包括核部和壳部，核部包含B掺杂型TiC_B，壳部包覆核部的至少一部分并包含TiBC三元相，其中，B掺杂型TiC_B是指B原子占据TiC_x晶体的C空位而形成的TiC_B相，TiBC三元相是指由Ti、B和C组成的三元相，其中，x＜1。根据本公开的TiCB‑Al晶种合金能够克服现有铝合金细化剂易发生Zr、Si导致的“中毒”的技术瓶颈，对含Zr或含Si铝合金能够实现高效细化且不衰退，并且细化后的铝合金在重熔后，其细晶组织可遗传。

技术领域

本公开涉及金属材料领域，具体涉及一种TiCB-Al晶种合金、其制造方法及可遗传铝合金。

背景技术

高强超高强铝合金因强度优势在航空航天、交通运输和5G通讯等领域应用前景广阔。例如，7050超高强铝合金已经替代钢材占据当前航空材料的主导地位，进入快速发展期的轨道交通领域对该合金也展现出了强劲的需求趋势。另外，铝合金零部件现已成为汽车工业的首选，如发动机气缸体、气缸盖、活塞、连杆、车轮、罩盖壳体类零件等，其中70％以上为Al-Si系合金(如A356、ZL109、ZL114、ADC12等)铸件，而且需求量增幅空间大，产品附加值高。

然而，高强超高强铝合金的塑韧性、加工性能差、废(次)品率高，主要原因是初晶α-Al枝晶粗大导致的。对α-Al进行晶粒细化可提高其综合力学性能和成品率，但传统商用细化剂如Al-Ti-B或Al-Ti-C中间合金在加入铝熔体后易与铝合金中的Zr、Si等强化元素发生不可逆反应，使晶粒细化失效，称之为细化“中毒”现象，其涉及面大、影响深远、解决难度大。例如，7xxx系铝合金因存在Zr元素导致的细化“中毒”，使半连续铸坯晶粒粗大，导致宏观偏析、缩松、热裂等铸造缺陷，伴随光亮晶、羽毛状晶、组织性能不均匀现象，还增加了铸坯的各向异性，导致变形能力差，不利于后续塑性加工；Al-Si系合金中因Si元素导致的细化“中毒”，其α-Al枝晶或共晶团异常粗大，导致铸件成分偏析、雪花斑、缩松、缩气孔等诸多缺陷，显著降低铸件的强韧性、疲劳性能、组织致密性、组织均匀性和产品的一致性。

目前，铝加工企业在生产中采取两种方法来勉强应对细化“中毒”难题。一是增加细化剂的添加量，这在一定程度上解决了晶粒细化问题，但由此带来了新的问题，过量Ti与Zr、Si元素发生反应，生成粗大板片相等，从而降低产品质量、恶化合金力学性能；另外，过量Ti不利于回收料的循环再利用，全用新料不仅增加生产成本，也不符合绿色可持续发展策略。二是缩短“中毒”反应时间，即将Al-Ti-B等细化剂细丝预置于模具中，浇注过程将其溶解并迅速进入凝固阶段，但难以保证细化剂有效溶解和均匀发挥作用，导致废品率上升。

另外，虽然众多研究人员也对如何解决细化“中毒”难题做了大量的研究工作(比如开发新型细化剂、改进现有细化剂、微合金化设计等等)，但均存在成本高、改变合金成分、效果差且不稳定或与生产现场技术相悖等技术短板。

此外，现有的Al-Ti-B等细化剂的细化效果易衰退，也就是说，在保温时间较长时，现有的细化剂会失去细化效果，导致α-Al变粗。

发明内容

为了解决上述问题中的至少一个问题，本公开提供一种对含Zr或含Si铝合金中的α-Al具有优异的细化效果的TiCB-Al晶种合金、其制造方法及可遗传铝合金。