Al-TiO2-C-XRE2O3复合细化剂和耐蚀性ZL205合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开Al

【技术实现步骤摘要】
Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂和耐蚀性ZL205合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铝合金制备
具体地说是Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂和耐蚀性ZL205合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝为是地壳中含量最丰富的金属元素之一，它可以和铜、铁、镁、锰等多种金属形成强度高而重量轻的铝基合金。铝合金因具有良好的力学性能、导热性能、导电性能及可加工性能，普遍应用于航空航天、电力、机械制造及日用工业等领域。
[0003]铜作为铝合金中重要的合金元素之一，在铝基合金中固溶强化和沉淀硬化效果显著，同时，经时效析出的CuAl2相对合金有明显的强化作用，因此Al
‑
Cu合金具有强度好、韧性高、加工性好、表面处理性好、电镀性好等特点，特别适用于制作比强度要求较高的零部件，如汽车与飞机车轮构件、航空器发动机、建筑设备零部件、及在150℃左右仍需保持较好强度的机械零件。铝铜合金成为目前高强韧铝合金的研究热点之一，但铜的加入会增加合金晶间腐蚀倾向，限制了合金使用范围。
[0004]ZL205合金作为Al
‑
Cu系高强度铸造铝合金，具有强度高、韧性好等优点，广泛用于航空航天、民用工业、国防军工等领域，但因ZL205合金中第二相(CuAl2)的存在，使其具有严重的晶间腐蚀倾向，很大程度上限制了ZL205合金在高性能机械零件上的应用。因晶粒细化可减少铸件的热开裂趋势，减少偏析和孔隙，改善表面光洁度和提高合金力学性能等作用，同时一定程度的晶粒细化还可以提高铝合金的耐蚀性。但目前常用的晶粒细化剂都存在一定的缺陷，如Al
‑
Ti
‑
B细化剂中TiB2颗粒极易团聚，对含有Zr、Mn等元素的铝合金产生“毒化”作用；Al
‑
Ti
‑
C细化剂中Ti与C的润湿性较差，导致TiC生成数量不稳定。因此，制备一种成本低廉，且细化效果较好的细化剂并用于提高ZL205合金的耐蚀性具有深远的意义。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂和耐蚀性ZL205 合金及其制备方法，以解决现有细化剂对ZL205合金具有“毒化”作用以及稳定性差等问题，同时提供一种耐蚀性好的ZL205合金，使其可以应用到高性能机械零件上。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂，由如下步骤制备得到：步骤A：先将Al粉、TiO2粉和C粉混合均匀得到混合原料A，然后向混合原料A中加入稀土氧化物RE2O3粉末，混合均匀得到混合原料粉末；步骤B：将混合原料粉末置于球磨机中球磨，得到混合球磨粉末；步骤C：将混合球磨粉末压制成预制块；步骤D：将预制块置于刚玉坩埚中，预制块周围用Al2O3粉末填充，以防止预制块干燥过程中表面被氧化；然后将装有预制块的刚玉坩埚置于干燥箱中干燥；步骤E：装有预制块的刚玉坩埚干燥后转移至烧结炉中烧结，烧结结束后随炉冷却，得到Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂。
[0008]耐蚀性ZL205合金，通过向ZL205合金中添加上述Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂制备得到。耐蚀性ZL205合金的制备方法，包括如下步骤：(1)将石墨坩埚置于干燥箱中预热；(2)将ZL205合金置于预热好的石墨坩埚中，并将装有ZL205合金的石墨坩埚置于电阻炉中加热，以使石墨坩埚中的ZL205合金熔化，得到ZL205合金熔融液；(3)将上述Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂加入到ZL205 合金熔融液中，用石墨棒搅拌后，继续置于电阻炉中保温，得到ZL205合金熔体；(4)将ZL205合金熔体浇铸到预热好的模具中，冷却后得到铸态耐蚀性ZL205合金；(5)对铸态耐蚀性ZL205合金进行T6热处理，得到T6态耐蚀性ZL205合金。T6热处理的工艺条件为：525℃固溶处理15h，80 ℃水淬，165℃人工时效8h。
[0009]本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：
[0010](1)本专利技术的Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂可以改善ZL205合金和Al
‑
5Cu合金的品质，尤其是可以降低合金腐蚀敏感性，有效提高ZL205合金的耐腐蚀性。本专利技术制备的耐蚀性ZL205合金无论在铸态还是在T6态，具有较强的耐蚀性，可以应用到高性能机械零件的制备上。
[0011](2)本专利技术中，Al
‑
TiO2‑
C细化剂中第二相主要由Al3Ti、TiC及Al2O3组成，添加Er2O3后产生Al5Er3O
12
及Al
20
Ti2Er相，添加Y2O3后产生Al5Y3O
12
及Al
20
Ti2Y相。热力学及动力学分析表明 Al
‑
TiO2‑
C
‑
Er2O3细化剂优先生成Al
20
Ti2Er稀土相，Al
‑
TiO2‑
C
‑
Y2O3细化剂在900℃左右优先生成Al5Y3O
12
相。随着Er2O3含量增加，细化剂中Al3Ti相由片状向块状转变。添加6％Er2O3的Al
‑
TiO2‑
C细化剂具有最好的细化效果，可将ZL205合金晶粒由147μm细化至103.9μm，晶粒尺寸为ZL205合金的72％；添加Al
‑
TiO2‑
C
‑
6％Er2O3细化剂后，ZL205合金α
‑
Al形核温度提高，CuAl2相结晶区间
△
T由7.4℃上升至9.3℃，提高了1.9℃。
[0012](3)添加Al
‑
TiO2‑
C
‑
XEr2O3细化剂的ZL205合金耐蚀性明显提高，晶界处大面积CuAl2相脱落现象消失。添加Al
‑
TiO2‑
C
‑
6％Er2O3细化剂后ZL205合金耐蚀性最好，合金自腐蚀电流密度(i
corr
)由ZL205 合金的2.83E
‑5A/cm2降低至6.26E
‑6A/cm2，降低了77.8％；极化电阻(R1+R2)达到1808.62Ω
·
cm2，为ZL205合金极化电阻(480.42Ω
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂，其特征在于，由如下步骤制备得到：步骤A：先将Al粉、TiO2粉和C粉混合均匀得到混合原料A，然后向混合原料A中加入稀土氧化物RE2O3粉末，混合均匀得到混合原料粉末；步骤B：将混合原料粉末置于球磨机中球磨，得到混合球磨粉末；步骤C：将混合球磨粉末压制成预制块；步骤D：将预制块置于刚玉坩埚中，预制块周围用Al 2
O3粉末填充；然后将装有预制块的刚玉坩埚置于干燥箱中干燥；步骤E：装有预制块的刚玉坩埚干燥后转移至烧结炉中烧结，烧结结束后随炉冷却，得到Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂。2.根据权利要求1所述的Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂，其特征在于，在步骤A中，混合原料A中：TiO2粉的质量分数为12wt％，且钛元素与碳元素的摩尔比为10:1；混合原料粉末中：稀土氧化物RE2O3粉末与混合原料A的质量比为0.02
‑
0.08；稀土氧化物RE2O3粉末为E2O3粉末或Y2O3粉末。3.根据权利要求1所述的Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂，其特征在于，在步骤C中，预制块的压制方法为：以800N/s的升压速率加压至90kN并保压180s，将混合球磨粉末压制成圆柱形预制块。4.根据权利要求1所述的Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂，其特征在于，在步骤E中，烧结方法为：以3℃/min的升温速率升至1300℃，保温2h。5.根据权利要求1所述的Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂，其特征在于，在步骤B中，球磨时间为50
‑
80min；在步骤D中，干燥温度为150
‑
200℃，干燥时间为2h。6.耐蚀性ZL205合金，其特征在于，通过向ZL205合金中添加如权利要求1
‑
5任一所述的Al
‑
TiO2‑
C
‑
XRE2O3复合细化剂制备得到。7.根据权利要求6所述的耐蚀性ZL205合金，其特征在于，所述Al
‑
TiO2‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞英，马惠言，李金轩，史志铭，闫素英，隋意，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：