长寿命、抗衰退Al-Si合金晶粒细化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种长寿命、抗衰退Al-Si合金晶粒细化剂及其制备方法，所述晶粒细化剂，是一种新型的Al-Ti-B合金，其成分的质量百分比为，硼：1.0-5.0％，钛：1.0-5.0％，铝：余量；所述Al-Ti-B合金中，有TiAl3，TiB2和AlB12三相共存。在其制备过程中，硼以KBF4的形式，钛以K2TiF6的形式分别经研细、烘干、压块后，再分别加入到800-1200℃的铝熔体中并熔炼得Al-B合金熔体和Al-Ti合金熔体；分别再经保温、去渣后混合并搅拌，随即浇铸即得。所述细化剂一方面延长了形核质点在高温熔体中的存在时间，同时，改善了颗粒的沉降行为，此种晶粒细化剂具有长寿命、抗退化、细化效率高的显著特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于铸造铝硅合金晶粒细化的细化剂，尤其涉及一种长寿命铝硅合金晶粒细化剂及其制备方法。
技术介绍
Al-Si合金由于其良好的流动性、耐热耐磨和易成型性被广泛的用于汽车，建筑， 航天等方面，而具有细小晶粒的材料具有良好的表面结构，可以防止热裂，提高材料强度， 同时减少颗粒夹杂，不损害延伸率，具有优良的加工性能和可成型性。传统细化Al-Si合金的细化剂，通常有A1-3B，Al-TiIB及Al-3Ti-;3B等。但是，这些细化剂的细化效果并不明显或者有细化衰退的现象。主要原因有两点首先，这些中间合金中作为有效形核质点的颗粒是Am2，它极易在铝熔体中溶解；另外，AW2与液态铝的密度差使得其在保温过程中沉降，加速了退化过程。退化现象严重制约了这些细化剂在铸造铝硅合金中的大规模引用，随着连铸技术的发展，迫切需要一种细化效果明显、长寿命、抗退化的细化剂。
技术实现思路
鉴于现有技术所存在的上述问题和技术发展的需要，本专利技术旨在公开一种具有长寿命、抗衰退、细化效率高之特点的铝硅合金晶粒细化剂及其制备方法。本专利技术的技术解决方案如下一种长寿命、抗衰退Al-Si合金晶粒细化剂，是一种Al-Ti-B合金，其特征在于其成分的质量百分比为，硼1. 0-5.0%，钛1. 0-5.0%，铝余量；所述Al-Ti-B合金中，有TiAl3, TiB2和AlB12三相共存；在所述Al-Ti-B合金的制备过程中，硼以KBF4的形式，钛以K2TiF6的形式分别经研细、烘干、压块后，再分别加入到800-1200°C的铝熔体中并分别熔炼得Al-B合金熔体和 Al-Ti合金熔体；所述Al-B和Al-Ti合金熔体分别经保温、去渣，再经混合后搅拌，将混合合金熔体浇铸即得。所述晶粒细化剂的制备方法，包括如下步骤(1)原料研磨将KBF4、K2TiF6粉末分别研细、烘干。 合金元素B来源于KBF4粉末，合金元素Ti来源于K2TiF6粉末；研磨过程保证后续烘干作用充分，使粉末样品内的水分完全去除，便于控制成品的成分。(2)压块利用压片机将烘干的KBF4、K2TiF6粉末分别压成一定大小的圆饼状预制块。压块的主要作用有两点一是使得控制反应更加容易，使原料完全浸没入铝液内部，充分反应；二是块状原料可以将反应区集中于加入部分，热量不易散失，更易于生成 A1B12。(3)熔炼铝锭将工业纯铝置于炉内熔化。(4)合成反应分别将KBF4和K2TiF6的预制块小心压入两个保温炉的纯铝熔体液面以下，反应过程中不施加任何搅拌，整个合成反应过程中用热电偶实时测温；高温制备过程，原理上只有在温度高于975°C以上，才能生成AlB1JH ；但由于本反应是一个放热反应，KBF4被压成块之后投入到800°C的熔体中，由于能量的聚集在块体与熔体界面局部也能达到高温状态即975°C以上从而导致AlB12的生成，所以用于Al-B合金合成反应的纯铝的熔炼温度在800-1200 V之间即可。(5)保温待两个保温炉中的温度分别停止上升后，将其中各自形成的Al-B合金熔体和Al-Ti合金熔体保温10-30分钟；(6)去渣分别撇去所述Al-B合金熔体和Al-Ti合金熔体表层的产物余盐，以避免将余盐卷入熔体内部；(7)混合后搅拌将所述Al-B和Al-Ti的合金熔体混合并对混合熔体进行机械搅拌 15-30s ；(8)浇注将所述混合熔体快速浇铸入水冷铜铸型即得。快冷过程保证了熔体中高温相AlB12在铸造过程中被完整地保留下来。根据细化理论，TiAl3通过包晶反应起到快速细化α "Al的作用，而在Al_3Ti_;3B 等“富硼”中间合金很难出现TiAl3相，大多数的Ti与B发生反应以TW2颗粒的形式存于基体中。最近的研究表明，AlB12在铝熔体中可以缓慢溶解转变成AW2，而在此过程中，B元素有很长时间被“锁于”AlB12中，这就为熔体富Ti提供了机会，可使TiAl3存在一定时间， 从而达到快速细化Al-Si合金的作用；而AlB12分解需要一定的时间，从而对Al-Si合金起到长时间细化的作用。此外，AlB12较低的密度从另一方面改善了颗粒的沉降行为。本专利技术利用Al-Ti与Al-B合金分别制备然后混合搅拌后立即浇铸，获得高效的Al-Si合金细化剂。在制备中间合金的过程中，使用压块，禁止搅拌，提高熔体温度等措施，最后所获得的细化剂基体中含有A1B12、TiAl3和TW2三相。使用时，将制得的中间合金切割至所需用量，投入要使用的铝硅合金中。用搅拌棒搅勻，即可进行正常铸造。试验结果表明，新型的细化剂细化效果优于传统的细化剂，并且最佳细化效果可达半个小时，在保温时间长达一个小时的情况下，细化剂的细化效率依然很高。附图说明图1是实施例中所制备的铝硅合金晶粒细化剂金相组织照片；图2所述铝硅合金晶粒细化剂的XRD花样；图3所述铝硅合金晶粒细化剂与传统AUB细化剂对Al-Si合金细化对比图。 具体实施例方式一种长寿命、抗衰退Al-Si合金晶粒细化剂，是一种Al-Ti-B合金，其制备过程如下(1)原料研磨将KBF4与K2TiF6粉末分别研细、烘干；(2)压块利用压片机分别将烘干的KBF4、K2TiF6粉末压成直径40mm的圆饼状预制块；(3)熔炼铝锭用两个炉子分别将工业纯铝置于炉内熔化；(4)合成反应分别将KBF4、K2TiF6预制块小心压入铝熔体液面以下各自反应，反应过程中未施加任何搅拌作用，整个过程用热电偶实时测温，其中，用于制备Al-B合金的炉温为1000°C，用于制备Al-Ti合金的炉温为800°C ；(5)保温待温度停止上升后，两个炉内分别形成Al-B合金和Al-Ti合金，分别保温 10-30min ；(6)去渣用渣勺撇去其各自表层的产物余盐，避免将余盐卷入熔体内部，否则会严重影响细化剂效率；(7)混合搅拌将两种合金液立即混合，用石墨搅拌头对合金熔体进行机械搅拌 15-30s ；(8)浇注将合金熔体浇铸成型。进行细化实验用前述制得的铝硅合金晶粒细化剂分别对纯铝和Al-Si合金进行了晶粒细化实验，其具体结果见附图1-3所示图1为实施例中所制备的铝硅合金晶粒细化剂金相组织照片，从图中可以看到细化剂中有TiAl3, TiB2和AlB12三相共存，此三相组织用X射线衍射进行了确认，如图2所示。 图3是本专利技术所述的铝硅合金晶粒细化剂与传统AHB细化剂对于Al-Si合金细化效果的对比图，从图中可以看出，与传统传统的AHB细化剂相比，本专利技术所述的长寿命铝硅合金晶粒细化剂具有细化效果好，抗衰退的作用。其机理在于=AlB12在铝熔体中会缓慢溶解转变成AW2 ；并且在此过程中，B元素有很长时间被“锁于”AlB12中，这就为熔体富Ti提供了机会，可使TiAl3存在一定时间，从而达到细化Al-Si合金的作用；而AlB12分解需要一定的时间，从而对Al-Si合金起到长时间细化的作用。换而言之，本专利技术所述的长寿命铝硅合金晶粒细化剂加入Al-Si合金进行细化过程中，TiAl3的细化作用得以充分发挥，同时AlB12起到长时间细化的作用。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，根据本专利技术的技术方案及其专利技术构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本专利技术的保护范围之本文档来自技高网...

【技术保护点】
，随即将混合合金熔体浇铸即得。１．一种长寿命、抗衰退Ａｌ－Ｓｉ合金晶粒细化剂，是一种Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金，其特征在于：其成分的质量百分比为，硼：１．０－５．０％，钛：１．０－５．０％，铝：余量；所述Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金中，有ＴｉＡｌ３，ＴｉＢ２和ＡｌＢ１２三相共存；在所述Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金的制备过程中，硼以ＫＢＦ４的形式，钛以Ｋ２ＴｉＦ６的形式分别经研细、烘干、压块后，将其分别加入到８００－１２００℃的铝熔体中熔炼得Ａｌ－Ｂ合金熔体和Ａｌ－Ｔｉ合金熔体；所述Ａｌ－Ｂ和Ａｌ－Ｔｉ合金熔体经保温、去渣后混合并搅拌

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王同敏，伏洪旺，陈宗宁，徐军，李廷举，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91