一种新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种新型Al‑Ti‑Sc铝合金晶粒细化中间合金及其制备方法，属于细化晶粒用铝中间合金技术领域；所述合金的化学成分按质量百分数计为：Ti 3.5％～6.5％、Sc 0.5％～1.5％、(Fe+Si)≤0.1％，余量为铝。其制备方法为：首先将铝锭装入中频感应熔炼炉中，逐渐升温至850℃～1250℃；第二，按化学成分配比向熔炉内加入海绵钛；第三，向熔炉内按化学成分配比加入Al‑Sc中间合金；最后扒渣，浇铸成块状铸锭或采用连铸连拉工艺制成直径8～12mm的线材。本发明专利技术通过添加稀土元素Sc及合理优化成分，提高了中间合金的细化效果，规避了Zr“毒化”现象。

【技术实现步骤摘要】
一种新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金及其制备方法
本专利技术涉及细化晶粒用铝中间合金
，具体涉及一种新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金及其制备方法。
技术介绍
铝合金晶粒细化剂是一种广泛用于铝合金材料铸造的添加剂，其主要功能是细化铝合金铸态晶粒度，主要有Al-Ti-B、Al-Ti-C等几类，因其操作简单、成本可控等特点而受到广泛的应用。但是目前这些铝合金晶粒细化剂均存在一些缺点：如Al-Ti-C合金的制备难度较大，成本较高，细化晶粒低于Al-Ti-B系列合金等；Al-Ti-B系列合金虽然制备成本较低，细化效果较好，但是会产生“Zr”中毒现象，故难以在含Zr的铝合金材料中应用。随着近年科学研究与工程技术的推进，发现稀土元素Sc对铝合金具有细化晶粒效果，主要是因为Sc元素与Al元素可形成一种金属间化合物Al3Sc，这种物质与α-Al基体具有相同的晶体结构，较低的错配度，为α-Al晶粒提供有效的异质形核核心，可有效降低铝合金材料的晶粒度。此外，Sc元素在铝合金中也可起到明显的沉淀强化作用，也是铝合金的性能强化元素之一。公布号为CN103589916B的中国专利技术专利，公开了一种快速凝固Al-Ti-B-Sc中间合金细化剂，该细化剂为一种中间合金，其组成元素的质量百分比主要为：Ti3.75％～4.75％、B0.75％～0.95％、Sc0.1％～0.5％，其余为Al；得到A356.2铝合金的晶粒尺寸细化至20.6μm，但是会产生“Zr”中毒现象，故难以在含Zr的铝合金材料中应用。因此，现需研究一种新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金及其制备方法，通过科学合理地优化合金成分，添加稀土元素钪(Sc)，开发出一种稳定、长效、高效、洁净、适用广泛的新型铝合金晶粒细化中间合金。为实现上述目的提供如下技术方案：一种新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金的成分及重量百分比为：Ti3.5％～6.5％、Sc0.5％～1.5％、(Fe+Si)≤0.1％，余量为铝。进一步地，新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金的成分及重量百分比为：Ti4.0％～5.0％、Sc0.8％～1.2％、Fe≤0.04％、Si≤0.04％，余量为铝。进一步地，所述的新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金的各成分元素原料的纯度均≥99.9％。本专利技术提供所述的新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金的制备方法，包括以下步骤：(1)按照原料配比制备铝钪中间合金；(2)将铝锭装入熔炼炉中，将铝锭升温至850℃～1250℃并保温；(3)当(2)中的炉料完全熔化后，向得到的熔体中加入海绵钛进行熔炼；(4)当(3)中的炉料完全熔化后，向得到的熔体中加入铝钪中间合金进行熔炼，并持续对熔体进行搅拌，熔化后保温备用；(5)对(4)中熔体进行精炼，向熔体内通入氩气进行精炼；(6)精炼结束后进行扒渣，静置15-20min，然后浇铸成锭，得到新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金。进一步地，步骤(1)所述铝钪中间合金的制备方法是：按合金成分配比准备原料，原料为铝锭、ScF3、冰晶石；将铝锭放入熔炼炉中加热升温至950℃～1000℃；按合金成分配比将ScF3与冰晶石充分混合，并逐渐加入到熔炉中，在950℃～1000℃温度进行反应，期间保持对熔体进行持续的搅拌，持续时间为1.5～2小时；保温时间结束后对熔体进行扒渣并浇铸得到铝钪中间合金。进一步地，步骤(3)所述熔炼温度为850℃～1250℃。进一步地，步骤(4)所述熔炼温度为850℃～1250℃；保温时间为0.5h-1h。进一步地，步骤(5)所述精炼温度为850℃～1250℃，时间为15-30min。进一步地，步骤(5)所述氩气为99.99％的高纯度氩气；氩气的通入流量为4～10m3/h。进一步地，步骤(6)所述浇铸成锭的温度为950℃～980℃。进一步地，对上述新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金进行性能测试，其平均晶粒直径低至186μm。本专利技术的原理：钛(Ti)元素与稀土钪(Sc)元素均对α-Al晶粒有细化效果，其原理是它们与Al形成的金属间化合物Al3Ti与Al3Sc可作为α-Al晶粒的异质形核核心，提高α-Al的形核率与形核数量，从而降低凝固后所得到的晶粒尺寸。此外，在铝合金体系中Ti与Sc元素亦会产生相互作用，生产一种Al3(Sc,Ti)的相，该金属间化合物与α-Al具有相同的晶体结构，同为FCC结构，且其点阵错配度低于Al3Ti与Al3Sc，具有比两者更为有效的形核促进作用，可提供更明显的晶粒细化效果。既Ti与Sc两种元素可产生一种“协同”作用，其晶粒细化效果强于单独添加Al-Ti与Al-Sc中间合金。传统铝合金晶粒细化剂Al-Ti-B中间合金中的硼(B)元素会与Zr元素产生相互作用，形成一种不具备晶粒细化效果的物质，大大降低Al-Ti-B中间合金的晶粒细化效果。而Zr元素通常作为高强度铝合金的添加成分广泛应用于7000系铝合金中，这就导致Al-Ti-B中间合金在7000系高强度铝合金中的应用收到极大地限制。Sc元素与锆(Zr)元素可形成一种具有“核/壳”结构的Al3(Sc,Zr)的相，其晶体结构与α-Al相同，点阵错配度较低，可促进α-Al的形核，对细化铝合金晶粒有益。因此Sc元素可规避由于硼(B)元素与Zr相互作用产生的“毒化”效果，用于含Zr元素的高强度铝合金材料。本专利技术专利通过添加适量的Sc元素，一方面可提高Al-Ti中间合金的晶粒细化效果，另一方面也可避免与Zr元素产生“毒化”作用，从而可广泛应用与各种含Zr元素的高强度铝合金材料中。本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术的新型Al-Ti-Sc中间合金制备方法工艺流程短，制备成本较低，产品杂质含量低。2.本专利技术通过科学合理地优化合金成分，添加稀土元素Sc可提高Al-Ti中间合金的晶粒细化效果。同时避免出现B与Zr元素的“毒化”作用，可应用于含Zr的高强度铝合金材料中。本专利技术的Al-Ti-Sc中间合金既提高了晶粒细化效果，适用性更广泛，工艺流程较短，制备成本可控。3.本专利技术的新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金进行性能测试，其平均晶粒直径低至186μm，均呈等轴晶状态，显著细化了铝合金的微观组织。具体实施方式以下结合具体实施实例进一步详细描述本专利技术，但本专利技术的应用并不限于此。本专利技术选用的原料铝锭、海绵钛、Al-Sc中间合金的纯度≥99.9％；所用氩气为99.99％的高纯度氩气。实施例1一种新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金，其成分及重量百分比为：Ti4.2％、Sc0.9％、Fe0.04％、Si0.03％，余量为铝。其制备方法，包括以下步骤：(1)Al-Sc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金，其特征在于，其成分及重量百分比为：Ti 3.5％～6.5％、Sc 0.5％～1.5％、(Fe+Si)≤0.1％，余量为铝。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金，其特征在于，其成分及重量百分比为：Ti3.5％～6.5％、Sc0.5％～1.5％、(Fe+Si)≤0.1％，余量为铝。


2.根据权利要求1所述的新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金，其特征在于，其成分及重量百分比为：Ti4.0％～5.0％、Sc0.8％～1.2％、Fe≤0.04％、Si≤0.04％，余量为铝。


3.根据权利要求1或2所述的新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金，其特征在于，其各成分元素原料的纯度均≥99.9％。


4.一种如权利要求1-3任一项所述的新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照原料配比制备铝钪中间合金；
(2)将铝锭装入熔炼炉中，将铝锭升温至850℃～1250℃并保温；
(3)当(2)中的炉料完全熔化后，向得到的熔体中加入海绵钛进行熔炼；
(4)当(3)中的炉料完全熔化后，向得到的熔体中加入铝钪中间合金进行熔炼，并持续对熔体进行搅拌，熔化后保温备用；
(5)对(4)中熔体进行精炼，向熔体内通入氩气，进行精炼；
(6)精炼结束后进行扒渣，静置15-20min，然后浇铸成锭，得到新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金。


5.根据权利要求4所述的新型Al-Ti-Sc铝合金晶粒细化中间合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡振光，甘培原，冀军宇，韦德仕，何俞松，卢继明，
申请(专利权)人：广西国瑞稀钪新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45