一种可抗硅中毒的Al-Sc-Ti晶粒细化剂及其应用制造技术

本发明专利技术提出了一种可抗硅中毒的Al

【技术实现步骤摘要】
一种可抗硅中毒的Al
‑
Sc
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Ti晶粒细化剂及其应用


[0001]本专利技术属于铸造
，具体为一种可抗硅中毒的Al
‑
Sc
‑
Ti晶粒细化剂及其应用。

技术介绍

[0002]Al
‑
Si铸造合金，如A356、A357，因其热膨胀系数低、耐磨性高、成本低而广泛应用于汽车制造领域。晶粒细化是提高Al
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Si系合金性能的重要方法之一。晶粒细化剂不仅会使铸件的孔隙率重新分布，还会降低铸件的孔隙率。通常，晶粒细化剂的选择应同时满足促进成核和阻碍晶粒生长这两个要求。Al
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Ti
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B中间合金已被广泛用作铝合金中的晶粒细化剂，因为Al3Ti和TiB2可以充当α
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Al的非均匀形核位点，并且在凝固过程中，多余的Ti原子可以溶解在固液界面中，以限制晶粒生长。
[0003]含Ti晶粒细化剂可以完美适用于除铝硅合金外的其他铝合金。因为晶粒细化剂中的Ti、B、C原子在金属溶液中会互相结合或者与Al原子结合形成Al3Ti、TiB2、TiC。Al3Ti、TiB2、TiC作为α
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Al的异质形核相，可以在α
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Al开始凝固之前析出，并为之后α
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Al的生长提供形核位点。但是在铝硅合金中，当硅的含量大于3wt.%时，会产生毒化现象，即Ti原子会优先与Si原子结合形成TiSi化合物，而TiB2、TiC的表面会被一层Si原子覆盖，导致TiB2、TiC和α
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Al的界面能和错配度增大。此时TiB2、TiC无法再为α
‑
Al的生长提供形核位点。虽然Al3Ti、TiB2、TiC会由于硅的毒化无法产生异质形核的作用，但是Ti原子在α
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Al的生长过程中会限制其生长，从而达到α
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Al晶粒细化的作用，但是这种晶粒细化效果有限。因此，为了提高晶粒细化剂的效率，能够为铝硅合金中α
‑
Al的生长提供新型异质形核相是十分必要的。
[0004]几十年来，科学家们就如何避免铝硅合金中硅的毒化问题做出了巨大的努力。但是目前为止，仍然没有一个良好的解决方法。有些学者试图通过改变Ti与B的比例来避免中毒效应，如Al
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3Ti
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3B、Al
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3Ti
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1B，增加细化剂的含量，并探索一种新的中间合金，如Al
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Ti
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B
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C、Al
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Ti
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Nb
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B、Al
‑
Nb
‑
B。但是这些努力并没有彻底解决铝硅合金中硅的毒化问题。
[0005]专利号为CN 114717453 A公开了一种高强韧铸造铝硅合金，铝硅合金的制备过程中加入Al
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Ti
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C
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CuO混合粉剂，在熔体中反应生成了大量尺寸细小均匀的TiC陶瓷颗粒；借助Eu、La稀土元素对共晶硅相进行了充分有效的硅相变质，该技术是通过改变硅相的形貌，降低硅相尖端的应力集中，来提高材料的韧性和塑性。
[0006]专利号为CN 104328300 B公开了供一种废铝易拉罐合金用细化剂的制备方法，细化剂 Al
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Ti
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Sc，不仅可以细化铸态晶粒和枝晶组织，满足废铝易拉罐合金回收保级还原要求，而且明显提高易拉罐用板材再结晶温度。

技术实现思路

[0007]本专利技术克服了现有技术的不足，提出一种可抗硅中毒的Al
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Sc
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Ti晶粒细化剂及其应用。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的。
[0009]一种可抗硅中毒的Al
‑
Sc
‑
Ti晶粒细化剂，所述晶粒细化剂的化学成分及其质量百分比为Sc：10
‑
50wt.%；Ti：3
‑
10wt.%；余量为Al。
[0010]优选的，Sc与Ti的质量比≥3。
[0011]更优的，Sc与Ti的质量比为5:1。
[0012]优选的，所述晶粒细化剂的制备方法，包括以下步骤：1）根据设计的Al
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Sc
‑
Ti晶粒细化剂的成分进行配料：按照质量比称取所需的含Sc的物质，含Ti的物质以及含Al的物质；2）熔炼：将称取好原料放入熔炼炉中，熔化成金属液体后充分搅拌形成熔体；3）将所述的熔体倒入模具中凝固成型，形成晶粒细化剂。
[0013]更优的，步骤2）所述熔炼的温度＞650℃，熔炼结束后保温时间≥0.5h并进行搅拌和扒渣，形成充分反应后的熔体。
[0014]一种可抗硅中毒的Al
‑
Sc
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Ti晶粒细化剂的应用，是用于铝硅合金的晶粒细化。
[0015]一种可抗硅中毒的Al
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Sc
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Ti晶粒细化剂的应用，包括以下步骤：1）将待细化的铝硅合金称量质量后烘干，之后加热熔化；2）按照质量百分比计算并称量所需的Al
‑
Sc
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Ti晶粒细化剂，烘干后放入铝硅合金熔体中；3）待Al
‑
Sc
‑
Ti晶粒细化剂全部熔化后，进行除气、扒渣，之后静置，再将铝硅合金熔体浇注至模具当中，冷却之后得到所需铸件。
[0016]优选的，加入的Al
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Sc
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Ti晶粒细化剂中Sc的质量≥待细化铝硅合金质量的0.5wt.%。
[0017]本专利技术相对于现有技术所产生的有益效果为：本专利技术制备的晶粒细化剂中，Sc的含量大于Ti含量的三倍。当新型Al
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Sc
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Ti晶粒细化剂被引入铝硅合金后，一种新型异质形核相(Al, Si)3(Ti, Sc)会在溶液中形成并作为α
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Al的形核位点。新型异质形核相(Al, Si)3(Ti, Sc)的产生使得铝硅合金中的α
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Al晶粒得到了很大的细化，大大提高了晶粒细化剂的效率。同时，新型异质形核相(Al, Si)3(Ti, Sc)不会受铝硅合金中Si的影响，避免了铝硅合金中硅中毒所产生的影响。
附图说明
[0018]图1为添加20g的Al
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10Ti晶粒细化剂的ZL114A合金晶粒的金相图。
[0019]图2为添加100g的Al
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5Sc
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1Ti晶粒细化剂的ZL114A合金晶粒的金相图。
[0020]图3为添加140g的Al
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5Sc
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1Ti晶粒细化剂的ZL114A合金晶粒的金相图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可抗硅中毒的Al
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Sc
‑
Ti晶粒细化剂，其特征在于，所述晶粒细化剂的化学成分及其质量百分比为Sc：10
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50wt.%；Ti：3
‑
10wt.%；余量为Al。2.根据权利要求1所述的一种可抗硅中毒的Al
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Sc
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Ti晶粒细化剂，其特征在于，Sc与Ti的质量比≥3。3.根据权利要求2所述的一种可抗硅中毒的Al
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Sc
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Ti晶粒细化剂，其特征在于，Sc与Ti的质量比为5:1。4.根据权利要求1
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3任意一项所述的一种可抗硅中毒的Al
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Sc
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Ti晶粒细化剂，其特征在于，所述晶粒细化剂的制备方法，包括以下步骤：1）根据设计的Al
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Sc
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Ti晶粒细化剂的成分进行配料：按照质量比称取所需的含Sc的物质，含Ti的物质以及含Al的物质；2）熔炼：将称取好原料放入熔炼炉中，熔化成金属液体后充分搅拌形成熔体；3）将所述的熔体倒入模具中凝固成型，形成晶粒细化剂。5.根据权利要求4任意一项所述的一种可抗硅中毒的Al
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【专利技术属性】
技术研发人员：廉鹏，毛红奎，蔚琦，马瑞林，白霄宇，李聪，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：