一种铝－硼－碳－氮中间合金及其制备方法技术

本发明专利技术属金属材料领域，涉及一种用于细化镁及镁合金的铝－硼－碳－氮中间合金及其制备方法。本发明专利技术铝－硼－碳－氮中间合金，包含铝、硼、碳元素，其特征是它还含有氮元素，各组分的质量百分比为：铝９４．００％－９９．００％，硼０．１０％－４．００％，碳０．１０％－２．００％，氮０．０１％－０．５０％。铝－硼－碳－氮中间合金的制备方法是：首先将纯铝置于中频炉中熔化并加热至１０００－１２００℃，然后依次加入经过预热的铝－硼和铝－碳中间合金，此过程中持续向铝液中吹入经干燥处理过的纯氮气，在１２００－１４００℃下保温并搅拌２－３０分钟后浇注成锭或制成线材。所制备的铝－硼－碳－氮中间合金对镁及镁合金具有明显的晶粒细化效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属金属材料领域，特别涉及一种用于细化镁及镁合金晶粒的铝-硼-碳-氮 中间合金及其制备方法。
技术介绍
镁及其合金具有密度小、比强度和比刚度高等优点，在需要轻量化及节能减排的 交通运输、航空航天等领域得到越来越广泛的应用，成为继钢铁和铝合金之后的第三大金 属材料。但是，由于镁的晶体结构为密排六方，其滑移系较少，这导致它的塑性变形能力很 差，从而在很大程度上限制了镁合金的应用。研究发现，细小的等轴晶粒可以改善镁合金的 塑性变形能力，同时以细晶强化的方式提高其强度。因此晶粒细化对于镁合金的发展具有 非常重要的作用。镁合金按照是否含有铝元素分为两大类，即含铝的镁合金与不含铝的镁合金。对 于不含铝的镁合金，加入锆即能显著细化其晶粒；对于含铝的镁合金，自从20世纪30年代 开始，人们逐渐提出了一些针对该类合金的晶粒细化方法，主要有包括过热处理法、无水 氯化铁法、加碳法(如石墨粉、碳化物、碳酸盐、六氯乙烷等)、加入形核颗粒(A14C3、TiB2, A1N、AlB2等)和溶质元素(Ca、Sr、Ti、Sm、Ce、La、Y等)法。但是以上方法都存在一些缺 点，如过热处理法使合金的氧化加剧，无水氯化铁法降低合金的耐蚀性，加碳法晶粒细化效 果不稳定，等等。申请号为200810049548. X中国专利报道了一种镁合金用含氮细化剂的 制备方法，即通过向铝镁熔体中加入一定量的Mg3N2粉末从而原位生成镁的异质形核衬底 AlN0但由于Mg3N2粉末为外加，使之加入困难且分散不均勻，从而影响细化效果。申请号为 200910060406. 8的中国专利报道了一种镁及镁合金晶粒细化剂Mg-TiB2的制备方法，即将 钛粉、硼粉和镁粉干混、压块、烘干后烧结得到。但该方法制备工艺复杂，制备周期较长，且 原材料成本较高。因此，找到一种无污染、细化效果显著且稳定、适合工业化生产的含铝的 镁合金晶粒细化剂具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效细化镁及镁合金晶粒的 铝-硼-碳-氮中间合金，同时提供一种生产成本低、工艺简便、适合工业化生产的制备方法。本专利技术是通过以下方式实现的一种铝_硼-碳_氮中间合金，包含铝、硼、碳元素，其特征是它还含有氮元素，各 组分的质量百分比为铝94. 00-99. 00，硼0. 10-4. 00，碳0. 10-2. 00，氮0. 01-0. 50 ；随成分 变化，该中间合金中含有弥散分布的微米级々1系(414(34182粒子；微量氮元素掺杂到这些 粒子中，此外还生成少量AlN粒子。这些粒子均可作为镁的良好异质形核衬底。上述铝-硼-碳-氮中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)首先按以下质量百分比准备好所需原料10% -80%的铝-硼中间合金、310%-20%的铝-碳中间合金、经干燥处理过的纯氮气以及纯铝；其中所用铝-硼中间合金 中硼的质量百分含量为_5%，所用铝-碳中间合金中碳的质量百分含量为-10% ；(2)将纯铝置于中频炉中熔化并加热至1000-1200°C，依次加入经过预热的铝-硼 和铝-碳中间合金，此过程中持续向铝液中吹入氮气，在1200-1400°C下保温并搅拌2-30分 钟后浇注成锭或制成线材。用该方法制备的铝-硼-碳-氮中间合金的质量百分比为铝94. 00-99. 00，硼 0. 10-4. 00，碳 0. 10-2. 00，氮 0. 01-0. 50。在利用本专利技术的方法制备的铝-硼-碳-氮中间合金中发现一种新的镁的异质形 核衬底 Al3BC (a = 0. 3491nm, c = 1. 154nm)，其与 α -Mg (a = 0. 3209nm, c = 0. 522lnm)具 有相同的晶体结构和相近的晶格常数。同时，该中间合金中含有的不是简单的A13BC、A14C3、 AlB2粒子，而是形成了 Al3 (B, C，N)、Al4 (C，N) 3、Al (B, N) 2粒子。与原来的粒子相比，氮元素 的掺杂改善了粒子性质使其更容易作为镁的异质形核衬底。此外，各种粒子都是在熔体中 通过原位反应生成的，且反应过程中存在交互作用，使其在基体上分布均勻，这都提高了中 间合金的晶粒细化效率。细化试验表明，该铝_硼-碳-氮中间合金具有良好的晶粒细化 效果。将中间合金加入到镁合金熔体中后，其中所含有的大量粒子在合金凝固时就可作为 镁的异质形核衬底，从而达到高效细化镁合金晶粒的目的。因该中间合金为锭状或线材，所 以加入量易于控制，且操作简便、细化效果稳定、制备工艺简单，适合大规模生产和应用。具体实施例方式下面给出本专利技术的三个最佳实施例。实施例1(1)首先按以下质量百分比准备好所需原料26. 7%的铝-硼中间合金、12%的 铝-碳中间合金、经干燥处理过的纯氮气以及纯铝；其中所用铝-硼中间合金中硼的质量百 分含量为3%，所用铝-碳中间合金中碳的质量百分含量为5%。(2)将纯铝置于中频炉中熔化并加热至1000°C，依次加入经过预热的铝-硼和 铝_碳中间合金，此过程中持续向铝液中吹入氮气，在1200°C下保温并搅拌2-30分钟后浇 注成锭或制成线材。按照上述配比和工艺制备的铝-硼-碳-氮中间合金，其化学成分的质量百分比 组成为M 0. 80，碳0.60,M 0. 01-0. 03，余量为铝。实施例2(1)首先按以下质量百分比准备好所需原料30%的铝-硼中间合金、15%的 铝-碳中间合金、经干燥处理过的纯氮气以及纯铝；其中所用铝-硼中间合金中硼的质量百 分含量为1 %，所用铝-碳中间合金中碳的质量百分含量为8%。(2)将纯铝置于中频炉中熔化并加热至1200°C，依次加入经过预热的铝-硼和铝-碳中间合金，此过程中持续向铝液中吹入氮气，在1350°C下保温并搅拌2-30 分钟后浇注成锭或制成线材。按照上述配比和工艺制备的铝-硼-碳-氮中间合金，其化学成分的质量百分比 组成为硼0. 30，碳1.20，氮0. 08-0. 10，余量为铝。实施例3(1)首先按以下质量百分比准备好所需原料60%的铝-硼中间合金、10%的 铝-碳中间合金、经干燥处理过的纯氮气以及纯铝；其中所用铝-硼中间合金中硼的质量百 分含量为5%，所用铝-碳中间合金中碳的质量百分含量为5%。(2)将纯铝置于中频炉中熔化并加热至1100°C，依次加入经过预热的铝-硼和 铝_碳中间合金，此过程中持续向铝液中吹入氮气，在1250°C下保温并搅拌2-30分钟后浇 注成锭或制成线材。按照上述配比和工艺制备的铝_硼_碳_氮中间合金，其化学成分的质量百分比 组成为M 3. 00，碳0. 50,M 0. 05-0. 07，余量为铝。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝－硼－碳－氮中间合金，包含铝、硼、碳元素，其特征是它还含有氮元素，各组分的质量百分比为：铝９４．００％－９９．００％，硼０．１０％－４．００％，碳０．１０％－２．００％，氮０．０１％－０．５０％。

【技术特征摘要】
一种铝 硼 碳 氮中间合金，包含铝、硼、碳元素，其特征是它还含有氮元素，各组分的质量百分比为铝94.00％ 99.00％，硼0.10％ 4.00％，碳0.10％ 2.00％，氮0.01％ 0.50％。2.—种铝-硼-碳-氮中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)首先按以下质量百分比准备好所需原料10%-80%的铝-硼中间合金、 10% -20%的铝-碳中间合金、经干燥处理过的纯氮气...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘相法，马国龙，韩广，丁海民，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]