本发明专利技术公开了一种铝‑钽‑碳中间合金及其制备方法和应用，中间合金由以下重量百分比的组分组成：钽1.0%‑4.5%，碳0.3‑3.0%，其余为铝。本发明专利技术采用铝、钽、碳三种成分组成中间合金，通过合金组分的选择和含量的控制，实现对中间合金性能的良好控制。本发明专利技术中间合金成分可精确控制，制备工艺简单方便，碳吸收率高、对铝硅合金具有较好细化变质效果、无颗粒团聚和毒化副作用，产业化前景好。
A Al-Ta-C master alloy and its preparation method and Application
The invention discloses an aluminium tantalum carbon master alloy and its preparation method and application. The master alloy consists of the following components: tantalum 1.0%4.5%, carbon 0.3_3.0%, and the rest is aluminium. The master alloy is composed of aluminium, tantalum and carbon, and the performance of the master alloy is well controlled by the selection of alloy components and the control of alloy content. The master alloy composition of the invention can be accurately controlled, the preparation process is simple and convenient, the carbon absorption rate is high, the Al-Si alloy has better refinement and modification effect, no particle agglomeration and toxic side effects, and the industrialization prospect is good.
【技术实现步骤摘要】
一种铝-钽-碳中间合金及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种可以细化铝合金的铝-钽-碳中间合金及其制备方法和用作铝合金细化剂的应用，属于金属材料及冶金
技术介绍
铝合金由于具有密度低、相对较高的比强度和比刚度及优良的铸造性能等优势，在汽车、航空航天等领域对减重和节能降耗特别显著，具有广阔的应用前景。铝合金中使用最广泛的Al-Si合金在实际工业生产中必须经过细化或变质处理来改善其力学性能。目前，铝合金常用的细化或变质剂有Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Sr中间合金等，上述的细化剂或变质剂对铝合金均有非常好的效果，但也存在一些问题。如Al-Sr合金相对成本较高、且Sr易烧损造成变质效果降低；Al-Ti-C中间合金存在TiC颗粒团聚，且制备过程中由于碳与铝熔体润湿性较差导致中间合金中碳吸收率较低；Al-Ti-B中间合金制备成本较低，但在部分Al合金细化变质时会由于其他元素的存在导致毒化副作用，从而降低细化变质效果。因此研发一种高质量的铝合金细化或变质剂对于开发具有良好力学性能的铝合金具有重要的应用价值。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种铝-钽-碳中间合金，该中间合金碳吸收率高，对铝硅合金具有较好的细化变质效果。本专利技术还提供了上述铝-钽-碳中间合金的制备方法，该方法制备工艺简单、所制备的铝-钽-碳中间合金无杂质、成分稳定易控制，便于工业化生产。本专利技术还提供了上述铝-钽-碳中间合金作为铝合金细化剂的应用，其能够对铝硅合金起到很好的细化变质的作用，且无现有细化剂存在的成本高、颗粒团聚、碳化吸收率低、毒化副作用等不足，具有很好的产业化应用前景。本专利技术具体技术方案如下：一种铝-钽-碳中间合金，该中间合金由以下重量百分比的组分组成：钽1.0%-4.5%，碳0.3-3.0%，其余为铝。进一步的，该中间合金中的物相包括α-Al、TaAl3、TaC。其中α-Al为基体，TaAl3以块状或长条状的形态分布在α-Al基体上，TaC以颗粒状的形态分布在α-Al基体上。其中，TaAl3的尺寸为40-120μm，TaC颗粒的尺寸为100-400nm。本专利技术还提供了上述铝-钽-碳中间合金的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）选择铝粉和铝锭作为铝的原料，选择石墨粉作为碳的原料，选择氟钽酸钾作为钽的原料；（2）将铝粉和石墨粉混合均匀，压制成块，备用；（3）将铝锭加热熔融，得铝熔体，然后升温至800-850℃，首先将步骤（2）的铝/石墨粉压块压入铝熔体的底部，随后加入氟钽酸钾粉，搅拌进行反应15-20分钟，得合金熔体；（4）除掉合金熔体中的液态渣，然后搅拌均匀后浇铸成型，得铝-钽-碳中间合金。进一步的，上述步骤（1）中，铝粉和石墨粉的纯度在99.95%以上。按照中间合金中各组分的含量，称取各原料。其中铝由铝粉和铝锭提供，按照铝粉和石墨粉的体积比为1.5-2.5:1的关系称取铝粉，剩余的铝用铝锭提供。进一步的，上述步骤（2）中，铝粉和石墨粉在急速热压炉中压制成块，压块的温度为300-350℃，保温时间为15-20分钟。所得铝/石墨粉压块大小可随意调整。本专利技术将铝粉与石墨粉压制成块加入熔融的铝熔体中，能够充分的抑制石墨粉在铝熔体中的漂浮，有利于碳在铝熔体中与氟钽酸钾充分的反应。进一步的，上述步骤（3）中，铝锭在680-730℃熔融成铝熔体。熔融后控制温度至800-850℃，将铝/石墨粉压块用石墨钟罩压入铝熔体的底部。在加入铝/石墨粉压块后，向铝熔体中加入氟钽酸钾粉，加入铝/石墨粉压块和氟钽酸钾粉后，在800-850℃搅拌反应15-25分钟，保证碳与氟钽酸钾及铝熔体在此温度下充分的发生反应。本专利技术铝-钽-碳中间合金对铝合金，尤其是铝硅合金具有很好的变质细化作用，能够对铝硅合金起到显著的细化作用，细化初晶硅和共晶硅相，对于铝硅合金力学性能的改善效果显著。因此该中间合金作为铝合金细化剂的应用也在本专利技术保护范围之内。本专利技术采用铝、钽、碳三种成分组成中间合金，通过合金组分的选择和含量的控制，实现对中间合金性能的良好控制。本专利技术中间合金成分可精确控制，制备工艺简单方便，碳吸收率高、对铝硅合金具有较好细化变质效果、无颗粒团聚和毒化副作用，产业化前景好。附图说明图1实施例1制备的铝-钽-碳中间合金的XRD衍射图；图2实施例1制备的铝-钽-碳中间合金的SEM图；图3实施例1制备的铝-钽-碳中间合金对铝硅合金的细化变质效果图；（a）未添加铝-钽-碳中间合金；（b）添加铝-钽-碳中间合金；图4对比例1制备的铝-钽-碳中间合金对铝硅合金的细化变质效果图；图5对比例2制备的铝-钽-碳中间合金对铝硅合金的细化变质效果图。具体实施方式下面通过具体实施例进一步说明本专利技术，但本专利技术并不限于此，具体保护范围见权利要求。实施例1制备Al-1Ta-0.3C中间合金（即钽1.0wt%、碳0.3wt%），步骤如下：1、按照中间合金的组成，称取铝粉、铝锭、石墨粉、氟钽酸钾粉作为原料，铝粉和石墨粉的纯度大于等于99.95%，铝粉和石墨粉的体积比为2:1。2、将体积比2:1的铝粉和石墨粉（其中石墨粉6克）混合均匀，置入石墨模具中，将混合粉体在急速热压炉中升温并压成块体，压块的温度为300℃，保温时间为15分钟，所得压块为直径20mm的圆形块体。3、在电阻炉中将称量好的2公斤铝锭放在石墨坩埚中在680-730℃加热熔化，所得铝熔体加热至830℃，将铝/石墨粉压块用石墨钟罩压入铝熔体底部，同时加入称量好的45克氟钽酸钾粉体，用石墨棒搅拌20分钟；待完全反应完毕，将浮于上层熔体的液态渣去除掉后，石墨棒搅拌后将熔体浇铸于模具中，即得铝-钽-碳中间合金。图1为所得中间合金的XRD图，从图中可以看出所制备的铝钽碳中间合金物相组成为α-Al、TaAl3、TaC。图2为所得中间合金的SEM图，从图中可以看出，TaAl3为块状或长条状，尺寸为50-100μm，TaC为颗粒状，颗粒尺寸在150nm左右。实施例2制备Al-3Ta-1C中间合金（即钽3wt%、碳1wt%），步骤如下：1、按照中间合金的组成，称取铝粉、铝锭、石墨粉、氟钽酸钾粉作为原料，铝粉和石墨粉的纯度大于等于99.95%，铝粉和石墨粉的体积比为2:1。2、将体积比2:1的铝粉和石墨粉（其中石墨粉20克）混合均匀，置入石墨模具中，将混合粉体在急速热压炉中升温并压成块体，压块的温度为300℃，保温时间为15分钟，所得压块为直径40mm的圆形块体。3、在电阻炉中将称量好的2公斤铝锭放在石墨坩埚中在680-730℃加热熔化，所得铝熔体加热至830℃，将铝/石墨粉压块用石墨钟罩压入铝熔体底部，同时加入称量好的130克氟钽酸钾粉体，用石墨棒搅拌20分钟；待完全反应完毕，将浮于上层熔体的液态渣去除掉后，石墨棒搅拌后将熔体浇铸于模具中，即得铝-钽-碳中间合金。所得中间合金的XRD图与图1相同，其微观形貌为：TaAl3为块状或长条状，尺寸为40-120μm，TaC为颗粒状，颗粒尺寸在110nm左右。实施例3制备Al-4.5Ta-3C中间合金（即钽4.5wt%、碳3wt%），步骤如下：1、按照中间合金的组成，称取铝粉、铝锭、石墨粉、氟钽酸钾粉作为原料，铝粉和石墨粉的纯度大于等于99.95%，铝粉和石墨粉的体积比为2:1。2、将体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铝‑钽‑碳中间合金，其特征是：由以下重量百分比的组分组成：钽1.0%‑4.5%，碳0.3‑3.0%，其余为铝。
【技术特征摘要】
1.一种铝-钽-碳中间合金，其特征是：由以下重量百分比的组分组成：钽1.0%-4.5%，碳0.3-3.0%，其余为铝。2.根据权利要求1所述的铝-钽-碳中间合金，其特征是：中间合金的物相包括α-Al、TaAl3、TaC。3.根据权利要求2所述的铝-钽-碳中间合金，其特征是：TaAl3以块状或长条状的形态分布在α-Al基体上，TaC以颗粒状的形态分布在α-Al基体上；优选的，TaAl3的尺寸为40-120μm，TaC的尺寸为100-400nm。4.一种权利要求1、2或3所述的铝-钽-碳中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤：（1）选择铝粉和铝锭作为铝的原料，选择石墨粉作为碳的原料，选择氟钽酸钾作为钽的原料；（2）将铝粉和石墨粉混合均匀，压制成块，备用；（3）将铝锭加热熔融，得铝熔体，然后升温至800-850℃，将步骤（2）的铝/石墨粉压块压入铝熔体的底部，同时加入氟钽酸钾粉，搅拌进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵德刚，王琳，孙昱，王文莹，王永鹏，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。