TiCB-Al晶种合金、其制造方法及可遗传铝合金技术

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

【技术实现步骤摘要】
TiCB-Al晶种合金、其制造方法及可遗传铝合金
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。根据本公开的一方面，提供一种TiCB-Al晶种合金，所述TiCB-Al晶种合金包括Al基体以及分散在Al基体上的TiCB@TiBC晶种，所述TiCB@TiBC晶种包括核部和壳部，所述核部包含B掺杂型TiCB，所述壳部包覆所述核部的至少一部分并包含TiBC三元相，其中，B掺杂型TiCB是指B原子占据TiCx晶体的C空位而形成的TiCB相，TiBC三元相是指由Ti、B和C组成的三元相，其中，x＜1。可选地，所述核部中的Ti含量可高于所述壳部中的Ti含量，所述核部中的C含量可高于所述壳部中的C含量，所述核部中的B含量可低于所述壳部中的B含量。可选地，所述B掺杂型TiCB由TiCxBy表示，其中，0.72＜x＜0.81，0＜y＜0.17。可选地，基于100wt％的所述TiCB-Al晶种合金，所述TiCB@TiBC晶种的含量可以为0.08wt％-10.24wt％。可选地，基于100wt％的所述TiCB-Al晶种合金，Ti的含量可以为0.06wt％-7.77wt％，C的含量可以为0.01wt％-1.30wt％，B的含量可以为0.01wt％-1.17wt％。可选地，所述TiCB@TiBC晶种的形貌与六角板片状的TiB2晶体和八面体状或十四面体状的TiCx晶体的形貌不同。可选地，所述TiCB@TiBC晶种大体呈球形，所述TiCB@TiBC晶种的直径在50nm-800nm之间。根据本公开的另一方面，提供一种TiCB-Al晶种合金，所述TiCB-Al晶种合金包括Al基体以及分散在Al基体上的多个粒子，所述多个粒子中的每个包括核部和包覆所述核部的至少一部分的壳部，所述核部中的C含量高于所述壳部中的C含量，所述核部中的B含量低于所述壳部中的B含量。根据本公开的另一方面，提供一种TiCB-Al晶种合金的制造方法，所述制造方法包括：(1)准备0.64wt％-75.00wt％的Al-Al3BC中间合金、0.06wt％-7.77wt％的海绵钛以及余量的工业纯铝，其中，Al-Al3BC中间合金中的Al3BC为Al-Al3BC中间合金的总重量的3.0wt％-15.0wt％；(2)将工业纯铝和Al-Al3BC中间合金熔化并升温至850℃-1300℃；(3)加入海绵钛，在所述海绵钛溶解后进行保温，保温时间为5min-60min，以获得熔体；(4)浇注熔体以获得根据权利要求1所述的TiCB-Al晶种合金。根据本公开的另一方面，提供一种可遗传铝合金，所述可遗传铝合金包括α-Al和TiCB@TiBC晶种，所述TiCB@TiBC晶种作为α-Al的晶种且包括核部和壳部，所述核部包含B掺杂型TiCB，所述壳部包覆所述核部的至少一部分并包含TiBC三元相，其中，B掺杂型TiCB是指B原子占据TiCx晶体的C空位而形成的TiCB相，TiBC三元相是指由Ti、B和C组成的三元相，其中，x＜1。可选地，基于100wt％的可遗传铝合金，所述TiCB@TiBC晶种的含量可以为0.001wt％-5.120wt％，所述可遗传铝合金可以为可遗传Al-Zn系合金，基于100wt％的可遗传Al-Zn系合金，Al的含量可以为60.0wt％-98.9wt％，Zn的含量为1.0wt％-10.0wt％，Zr的含量可以为0.0wt％-0.8wt％，或者所述可遗传铝合金可以为可遗传Al-Si系合金，基于100wt％的可遗传Al-Si系合金，Al的含量可以为60.0wt％-99.5wt％，Si的含量可以为0.4wt％-13.0wt％。可选地，利用TP-1标准法测得的所述可遗传Al-Zn系合金中的α-Al的平均晶粒尺寸可以在20μm-150μm之间，利用KBI环模法或TP-1标准法测得的所述可遗传Al-Si系合金中的α-Al的平均晶粒尺寸可以在35μm-250μm之间。可选地，将所述可遗传Al-Zn系合金重熔浇注后得到的铸件中的α-Al的平均晶粒尺寸可小于重熔前的可遗传Al-Zn系合金中的α-Al的平均晶粒尺寸，将所述可遗传Al-Si系合金重熔浇注后得到的铸件中的α-Al的平均晶粒尺寸可小于重熔前的可遗传Al-Si系合金中的α-Al的平均晶粒尺寸。可选地，在700℃-820℃将所述可遗传Al-Zn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TiCB-Al晶种合金，其特征在于，所述TiCB-Al晶种合金包括Al基体以及分散在Al基体上的TiC

【技术特征摘要】
1.一种TiCB-Al晶种合金，其特征在于，所述TiCB-Al晶种合金包括Al基体以及分散在Al基体上的TiCB@TiBC晶种，所述TiCB@TiBC晶种包括核部和壳部，所述核部包含B掺杂型TiCB，所述壳部包覆所述核部的至少一部分并包含TiBC三元相，其中，所述B掺杂型TiCB是指B原子占据TiCx晶体的C空位而形成的TiCB相，所述TiBC三元相是指由Ti、B和C组成的三元相，其中，x＜1。


2.根据权利要求1所述的TiCB-Al晶种合金，其特征在于，所述核部中的C含量高于所述壳部中的C含量，所述核部中的B含量低于所述壳部中的B含量。


3.根据权利要求1所述的TiCB-Al晶种合金，其特征在于，所述B掺杂型TiCB由TiCxBy表示，其中，0.72＜x＜0.81，0＜y＜0.17。


4.根据权利要求1所述的TiCB-Al晶种合金，其特征在于，基于100wt％的所述TiCB-Al晶种合金，所述TiCB@TiBC晶种的含量为0.08wt％-10.24wt％。


5.根据权利要求4所述的TiCB-Al晶种合金，其特征在于，基于100wt％的所述TiCB-Al晶种合金，Ti的含量为0.06wt％-7.77wt％，C的含量为0.01wt％-1.30wt％，B的含量为0.01wt％-1.17wt％。


6.根据权利要求1所述的TiCB-Al晶种合金，其特征在于，所述TiCB@TiBC晶种的形貌与六角板片状的TiB2晶体和八面体状或十四面体状的TiCx晶体的形貌不同。


7.根据权利要求6所述的TiCB-Al晶种合金，其特征在于，所述TiCB@TiBC晶种大体呈球形，所述TiCB@TiBC晶种的直径在50nm-800nm之间。


8.一种TiCB-Al晶种合金，其特征在于，所述TiCB-Al晶种合金包括Al基体以及分散在Al基体上的多个粒子，所述多个粒子中的每个包括核部和包覆所述核部的至少一部分的壳部，所述核部中的C含量高于所述壳部中的C含量，所述核部中的B含量低于所述壳部中的B含量。


9.一种TiCB-Al晶种合金的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
(1)准备0.64wt％-75.00wt％的Al-Al3BC中间合金、0.06wt％-7.77wt％的海绵钛以及余量的工业纯铝，其中，Al-Al3BC中间合金中的Al3BC为Al-Al3BC中间合金的总重量的3.0wt％-15.0wt％；
(2)将工业纯铝和Al-Al3BC中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘相法，聂金凤，孙谦谦，刘桂亮，韩梦霞，
申请(专利权)人：山东大学，山东迈奥晶新材料有限公司，山东吕美熔体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37