稀土铝钛硼晶粒细化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土铝钛硼晶粒细化剂及其制备方法，称量原料，原料包括：铝锭、氟钛酸钾、氟硼酸钾、氯化钠、氯化钾、冰晶石，以及稀土氧化物或者稀土氟化物和金属钙；原料升温熔化铝锭后，加入氟钛酸钾和氟硼酸钾的混合盐进行反应；搅拌直至熔体反应完全后保温扒渣，加入氯化钠、氯化钾、冰晶石，以及稀土氧化物或稀土氟化物和金属钙进行反应；搅拌直至熔体反应完全后精炼，经保温后扒渣，浇铸后得到稀土铝钛硼晶粒细化剂；稀土铝钛硼晶粒细化剂以重量百分比计，包括：钛1.0‑10.0％，硼0.5‑5.0％，稀土0.1‑5.0％，余量为铝。本发明专利技术能够降低稀土铝钛硼合金制备过程中的能耗，降低成本，同时改善细化剂中TiAl3、TiB2粒子的尺寸、形貌、分布，获得更高细化性能的晶粒细化剂。

【技术实现步骤摘要】
稀土铝钛硼晶粒细化剂及其制备方法
本专利技术属于铝合金应用技术，具体涉及一种稀土铝钛硼晶粒细化剂及其制备方法。
技术介绍
铝合金由于重量轻、性价比优良、综合性能好，在机械、汽车、航空与军事工业等领域得到了广泛的应用。要获得具有优良综合性能的铝合金，细化晶粒是最重要的手段之一。材料的屈服强度会随晶粒度减小而增大，另外，细小的等轴晶组织能提高材料的韧性，保证其良好的铸造成形性能、表面光洁度，以及优异的加工性能。因此，细小均匀的等轴晶组织是理想的铸态组织。获得理想铸态组织的方法分为物理方法和化学方法两大类，物理方法包括快速冷却法、物理场细化法和机械物理细化法等；快速冷却法适合生产简单的小型铸件或粉末制品，很难实现对大型厚断面铸件组织的改善，同时该方法不易操作，人为因素较大；物理场细化法处理的金属纯净度高，但需要的生产设备较复杂，能耗高；机械物理细化法操作复杂，细化效果不稳定。化学方法是通过添加晶粒细化剂，促进晶粒形核或阻碍晶核长大来达到细晶的目的。目前，在铝熔体中添加晶粒细化剂被认为是铝加工行业中最有效、最实用的晶粒细化方法，具有作用快、细化效果好、操作方便、适应性强等优点。然而，目前最为常用晶粒细化剂是Al-Ti-B细化剂，其存在的一些问题：TiB2粒子易聚集、沉淀失去细化能力；B易与Cr、Zr发生中毒反应，丧失细化能力；常用细化剂中的TiB2粒子、TiAl3相，能够成为有效的异质形核核心的不足1％，细化能力有待提高。稀土因具有特殊的电子层结构，化学性质非常活泼，不仅可以改善Al-Ti-B中的TiB2、TiAl3粒子的形态和分布，还能细化TiB2、TiAl3粒子的尺寸，从而增加了变质剂的晶核数，改善后的TiB2粒子分布均匀，基本上无TiB2的聚集团块，可保证其在熔体中较长时间的处于悬浮状态，而不易沉淀，充分发挥变质形核作用，从而更加增强了四元中间合金的细化效果。目前常用的Al-5Ti-1B-RE中间合金的生产工艺按原料分为氧化物法、氟盐法、纯钛粒法等，按制备工艺分为：电解法、铝热还原法、自蔓延高温合成法等，目前常用的方法为氟盐法和纯钛粒法。而纯钛粒法是以纯铝、钛粉、硼粉、稀土铝合金(碳酸稀土)为原料，将原材料均匀混合，在高温下烧结而成，该方法反应温度高，原材料成本高，不利于工业化生产。氟盐法仍然是目前应用最广的工艺方法，而利用氟盐法生产稀土铝钛硼的方法主要有以下两种：一种是稀土以金属形式加入到铝钛硼氟盐体系中制备出稀土铝钛硼；第二种是稀土以稀土中间合金形式加入到铝钛硼氟盐体系中制备出稀土铝钛硼。第一种方式稀土金属烧损厉害，稀土收率低，第二种方式由于流程长，工艺能耗高，成本也高，而且上述两种方式对铝钛硼中的TiAl3、TiB2粒子形貌和尺寸改善效果不明显。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种稀土铝钛硼晶粒细化剂及其制备方法，能够降低稀土铝钛硼合金制备过程中的能耗，降低成本，同时改善细化剂中TiAl3、TiB2粒子的尺寸、形貌、分布，获得更高细化性能的晶粒细化剂。为达到上述目的，本专利技术使用的技术解决方案是：稀土铝钛硼晶粒细化剂，其特征在于，按照重量百分比计，包括：钛1.0-10.0％，硼0.5-5.0％，稀土0.1-5.0％，余量为铝。进一步，稀土元素选用：镧、铈、镨、钕、钐、钆、铒、钇、钪中的一种或多种。进一步，镧0-5.0％，铈0-5.0％，镨0-5.0％，钕0-5.0％，钐0-5.0％，钆0-5.0％，铒0-5.0％，钇0-3.0％，钪0-3.0％。稀土铝钛硼晶粒细化剂的制备方法，包括：称量原料，原料包括：铝锭、氟钛酸钾、氟硼酸钾、氯化钠、氯化钾、冰晶石，以及稀土氧化物或者稀土氟化物和金属钙；原料升温熔化铝锭后，熔体温度控制在750-850℃，加入氟钛酸钾和氟硼酸钾的混合盐进行反应；搅拌直至熔体反应完全后保温扒渣，加入氯化钠、氯化钾、冰晶石，以及稀土氧化物或稀土氟化物和金属钙进行反应，反应温度控制在1000-1100℃；搅拌直至熔体反应完全后精炼，经保温后扒渣，浇铸后得到稀土铝钛硼晶粒细化剂；稀土铝钛硼晶粒细化剂以重量百分比计，包括：钛1.0-10.0％，硼0.5-5.0％，稀土0.1-5.0％，余量为铝。优选的，铝锭熔化达到温度后，分批次加入按比例混合并用铝箔包裹的氟硼酸钾和氟钛酸钾的混合盐进行反应。优选的，分批次加入按比例混合并用铝箔包裹的氯化钠、氯化钾、冰晶石和稀土氧化物进行反应。优选的，分批次加入按比例混合并用铝箔包裹或氯化钠、氯化钾、冰晶石、金属钙和稀土氟化物的混合盐进行反应。优选的，保温温度为1000-1100℃，保温时间为5-60min。优选的，生产得到的稀土铝钛硼合金作为稀土铝钛硼晶粒细化剂，浇铸成锭或铸棒后，挤压成丝或连铸连轧成丝。优选的，升温熔化采用感应炉、电阻炉、燃气炉或电弧炉；精炼采用氩气、氮气或精炼剂，精炼时间为5-60min，搅拌时间为10-150min。本专利技术技术效果包括：本专利技术能够降低稀土铝钛硼制备过程中的能耗，降低成本，同时改善细化剂中TiAl3、TiB2粒子的尺寸、形貌、分布，获得更高细化性能的晶粒细化剂。1.工艺所需设备简单，稀土来源于稀土氧化物或氟化物，较稀土金属和稀土中间合金价格便宜；2.本专利技术技术融合氟盐法制备Al-Ti-B+铝热还原法或钙热还原法制备Al-RE中间合金，一步制备出AlTiB-RE，周期短，能耗和成本低。3.本专利技术技术所制备的稀土铝钛硼合金改善了细化剂中TiAl3相、TiB2粒子的尺寸、形貌、分布，解决了TiB2粒子易聚集的问题，稀土铝钛硼合金不存在Cr、Zr“中毒”现象，细化效果明显、细化时间快、细化持续时间长，适用于在线细化及炉内细化等各种细化加入方式。具体实施方式以下描述充分地示出本专利技术的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。稀土铝钛硼晶粒细化剂的制备方法，具体步骤包括：步骤1：称量原料，原料包括：铝锭、氟钛酸钾、氟硼酸钾、氯化钠、氯化钾、冰晶石，以及稀土氧化物或者稀土氟化物和金属钙；步骤2：原料升温熔化铝锭后，熔体温度控制在750-850℃，加入氟钛酸钾和氟硼酸钾的混合盐进行反应；原料升温熔化采用感应炉、电阻炉、燃气炉或电弧炉。铝锭熔化达到温度后，分批次加入按比例混合并用铝箔包裹的氟硼酸钾和氟钛酸钾的混合盐进行反应。搅拌时间为10-150min。步骤3：搅拌直至熔体反应完全后保温扒渣，加入氯化钠、氯化钾、冰晶石，以及稀土氧化物或稀土氟化物和金属钙进行反应，反应温度控制在1000-1100℃；向扒完渣的熔体里分批次加入按比例混合并用铝箔包裹的氯化钠、氯化钾、冰晶石和稀土氧化物，或氯化钠、氯化钾、冰晶石、金属钙和稀土氟化物的混合盐进行反应。步骤4：搅拌直至熔体反应完全后精炼，经保温后扒渣，浇铸后得到稀土铝钛硼晶粒细化剂；稀土铝钛硼晶粒细化剂以重量百分比计，包括：钛1.0-10.0％，硼0.5-5.0％，稀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土铝钛硼晶粒细化剂，其特征在于，按照重量百分比计，包括：钛1.0-10.0％，硼0.5-5.0％，稀土0.1-5.0％，余量为铝。/n

【技术特征摘要】
1.一种稀土铝钛硼晶粒细化剂，其特征在于，按照重量百分比计，包括：钛1.0-10.0％，硼0.5-5.0％，稀土0.1-5.0％，余量为铝。


2.如权利要求1所述的稀土铝钛硼晶粒细化剂，其特征在于，稀土元素选用：镧、铈、镨、钕、钐、钆、铒、钇、钪中的一种或多种。


3.如权利要求2所述的稀土铝钛硼晶粒细化剂，其特征在于，镧0-5.0％，铈0-5.0％，镨0-5.0％，钕0-5.0％，钐0-5.0％，钆0-5.0％，铒0-5.0％，钇0-3.0％，钪0-3.0％。


4.一种稀土铝钛硼晶粒细化剂的制备方法，包括：
称量原料，原料包括：铝锭、氟钛酸钾、氟硼酸钾、氯化钠、氯化钾、冰晶石，以及稀土氧化物或者稀土氟化物和金属钙；
原料升温熔化铝锭后，熔体温度控制在750-850℃，加入氟钛酸钾和氟硼酸钾的混合盐进行反应；
搅拌直至熔体反应完全后保温扒渣，加入氯化钠、氯化钾、冰晶石，以及稀土氧化物或稀土氟化物和金属钙进行反应，反应温度控制在1000-1100℃；
搅拌直至熔体反应完全后精炼，经保温后扒渣，浇铸后得到稀土铝钛硼晶粒细化剂；稀土铝钛硼晶粒细化剂以重量百分比计，包括：钛1.0-10.0％，硼0.5-5.0％，稀...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志强，胡文鑫，贾锦玉，王玮，刘峰，杨正华，马少博，何伟，王小青，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15