一种激光引燃自蔓延合成铝合金用晶粒细化剂及制备方法技术

一种激光引燃自蔓延合成铝合金用晶粒细化剂，其特征在于，按质量百分比，Ａｌ为３０－７０％，Ｔｉ和Ｂ为３０－７０％，其中，Ｔｉ和Ｂ摩尔比为４∶１－５∶１。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料领域，特别是涉及一种铝及铝合金用新型晶粒细化剂及制备方法。
技术介绍
目前，铝及铝合金晶粒细化有助于组织和化学成分均匀；显著提高铝材的力学性能和加工工艺性能；是改善铝材质量的重要途径。细化晶粒的方法很多，但添加形核剂法具有效率高、成本低和简便易行等优点，在现代工业生产中广泛应用。国内外铝制品行业中广泛采用一种能有效细化铝晶粒的AlTiB中间合金。AlTiB中间合金制备采用的方法主要有以下几种铝热还原碱金属氟化物(K2TiF6和KBF4)法、用纯钛酸钾和氟硼酸钾生产法、用Ti、B的氧化物热还原-重熔稀释两步法及电解的方法、两种含Ti/B液态中间合金混合法、AlTi中间合金中直接引入TiB2法等。各种方法制备的成品晶粒细化剂主要为盐块剂、中间合金块和中间合金丝。盐块剂细化效果不稳定，长效性差，由于Ti、B元素的氧化烧损严重，成分难以严格控制，且在铝合金制品中容易造成夹渣、气孔等铸造缺陷，并且有毒性气体放出，严重腐蚀设备，恶化劳动条件。锭状AlTiB中间合金比盐类化合物细化剂优越得多，但仍存在着许多问题锭状中间合金中化合物相粗大，且存在着化合物比重偏析的问题，当中间合金细化剂以锭状形式加入到铝熔体中后，易造成TiB2、TiAl3粒子分布不均匀，TiB2粒子易沉积。目前，越来越广泛采用的是丝状AlTiB。丝状AlTiB中间合金在使用过程中也有一些不尽人意的缺点，例如Al-Ti-B制造过程中会形成TiB2团块或者形成松散的TiB2聚集物在加入熔体后不能充分分解，它们或者沉积在流槽底部，或者阻塞滤片而影响细化效果；TiB2粒子尺寸较大，在铝箔及印刷基板中易形成表面划痕并损伤压辊表面，还会对一些深冲制品产生影响，如划伤模具，在制品表面形成划痕，条纹等；一些含Zr、Cr的铝合金由于使TiB2粒子被摱净瘮造成大晶粒或组织不均；中间合金中仅有1～2％的化合物颗粒起到异质晶核的作用，98％以上的化合物并未成核，化合物形核潜能还远未发挥出来；AlTiB中间合金的冶金质量差，夹杂物含量高，加入到待细化的铝及其合金中后，在细化铝晶粒的同时也污染了铝及其合金，带来一系列副作用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种成分洁净、细化效果好、长效的激光引燃自蔓延合成铝合金用晶粒细化剂及制备方法。本专利技术的技术解决方案是，一种激光引燃自蔓延合成铝合金用晶粒细化剂，按质量百分比，Al为30-70％，Ti和B为30-70％，其中，Ti和B摩尔比为4∶1-5∶1。所述的晶粒细化剂呈球形颗粒，直径为5-8mm。制备一种激光引燃自蔓延合成铝合金用晶粒细化剂的方法，包括以下步骤a.首先按质量百分比，称取Al粉30-70％、Ti粉30-60.5％、B粉2.5-5.0％、TiH2粉3-5.5％的原料，混合1-3小时；b.称混好的粉末倒入模具中，使用外力将其压实，制成密度为2.5-2.8mg/mm3的预制样；c.预制样置于反应室中，抽真空到10-3-10-5Pa后，充入氩气至101-105KPa，利用激光将预制样引燃，激光引燃功率为1000-1200W，引燃时间为1.5-3.0S，预制样被引燃后，依赖其自身反应放出的热量来维持反应继续进行，反应完毕得到晶粒细化剂。所述的Al粉为200-400目，Ti粉为200-400目，B粉为200-400目，TiH2粉为100-200um。预制样为圆柱形，直径为5-8mm，高度为6-10mm。本专利技术的有益效果是本专利技术制备的细化剂为直径5-8mm球状颗粒，便于细化过程实现自动给料。由于细化剂中的形核粒子TiAl3、TiB2是通过高温原位合成并在制备过程中引入发泡剂TiH2使颗粒离散，因而细化剂具有如下特点第一，形核粒子有很高的热力学稳定性，第二，形核粒子直径小，第三，形核粒子在富含微孔的形核剂内高度弥散分布；第四，化合物为TiAl3和TiB2，细化剂纯净。上述特点赋予了该细化剂较强的抗晶粒细化衰退能力，充分发挥了形核能力，TiAl3和TiB2两种化合物的尺寸细小，数目大幅度增加，最终参与形核的化合物粒子数目也将相应增多，细化效果好。TiB2以亚微米级的粒子孤立分布在细化剂基体中，即0.4-0.9um，且大小均匀，由于制备的TiB2具有很高的热力学稳定性，将这些合成的AlTiB加入到高温的铝及铝合金液中，其中的Al基体会被铝液快速熔化，而TiB2粒子则会均匀分布于铝液中，起到a-Al的异质核心作用，凝固后得到细化效果优良的组织。具体实施例方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。称取300目Al粉238g、300目Ti粉224g、300目B粉13g、200umTiH2粉25g；自动混粉机上进行混粉2小时，使混合粉末能够充分混合；称取500mg混合好的粉末加入圆柱形模具中，压制成密度为2.79mg/mm3的圆柱形预制样，其直径为6mm，高度为6mm。预制样品置于反应室中，抽真空至10-4Pa后，充入氩气至102KPa，利用激光引燃，引燃功率为1200W，引燃时间为1.5S，进行自蔓延反应，从而制备得到晶粒细化剂。采用按照上述工艺得到的晶粒细化剂，按0.15％加入量加入纯铝熔体内，凝固后能够得到晶粒尺寸小于150微米的组织。权利要求1.一种激光引燃自蔓延合成铝合金用晶粒细化剂，其特征在于，按质量百分比，Al为30-70％，Ti和B为30-70％，其中，Ti和B摩尔比为4∶1-5∶1。2.根据权利要求1所述的一种激光引燃自蔓延合成铝合金用晶粒细化剂，其特征在于，呈球形颗粒，直径为5-8mm。3.制备权利要求1所述的一种激光引燃自蔓延合成铝合金用晶粒细化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤a.首先按质量百分比，称取Al粉30-70％、Ti粉30-60.5％、B粉2.5-5.0％、TiH2粉3-5.5％的原料，混合1-3小时；b.称混好的粉末倒入模具中，使用外力将其压实，制成密度为2.5-2.8mg/mm3的预制样；c.预制样置于反应室中，抽真空到10-3-10-5Pa后，充入氩气至101-105KPa，利用激光将预制样引燃，激光引燃功率为1000-1200W，引燃时间为1.5-3.0S，预制样被引燃后，依赖其自身反应放出的热量来维持反应继续进行，反应完毕得到晶粒细化剂。4.根据权利要求3所述的一种激光引燃自蔓延合成铝合金用晶粒细化剂的制备方法，其特征在于，Al粉为200-400目，Ti粉为200-400目，B粉为200-400目，TiH2粉为100-200um。5.根据权利要求3所述的一种激光引燃自蔓延合成铝合金用晶粒细化剂的制备方法，其特征在于，预制样为圆柱形，直径为5-8mm，高度为6-10mm。全文摘要属于金属材料领域。该细化剂成分包括Al、Ti、B。其制备方法是将Al粉、Ti粉、B粉、TiH文档编号C22C21/00GK1789448SQ20051020074公开日2006年6月21日 申请日期2005年11月28日 优先权日2005年11月28日专利技术者潘学民, 董闯, 王存山, 夏元化 申请人:大连理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘学民，董闯，王存山，夏元化，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：