一种铝-钛-铁-碳-硼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，涉及一种用于细化铝以及铝合金的铝-钛-铁-碳-硼中间合金及其制备方法。本发明专利技术铝-钛-铁-碳-硼中间合金，包含铝、钛、铁、碳、硼五种元素，各组分的质量百分比分别为：铝85.00％-95.00％，钛1.00％-10.00％，铁0.10％-6.50％，碳0.01％-1.00％，硼0.01％-1.00％。铝-钛-铁-碳-硼中间合金的制备方法是：首先将纯铝置于中频炉中熔化并升温至850-1300℃，加入一定质量百分比的纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨，保温并搅拌5-30分钟后浇注成锭或制成线材。该制备工艺简单，环境友好，成本低，适合工业化生产；所制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金对铝及铝合金具有优良的晶粒细化效果。

【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铝以及铝合金晶粒的铝-钛-铁-碳-硼中间合金及其制备方法。
技术介绍
随着铝及其合金应用日益广泛，人们对其组织与性能改善的要求也越来越高。对铝合金组织进行细化处理可以显著改进其力学性能。目前，工业生产中主要是通过添加生核剂的方法细化晶粒。常用的生核剂有铝-钛-硼、铝-钛-碳中间合金等。其中，铝-钛-硼中间合金在铝加工业中一直占据主导地位，但是由于该中间合金中的TW2粒子会在熔体中聚集，会引起某些产品的质量问题；同时，在含Zr、Cr、Mn等元素的铝合金中，会出现“中毒” 现象，使得合金失去细化效果。随后，人们发现铝-钛-碳中间合金中TiC粒子不存在明显的聚集倾向，从而可以克服铝-钛-硼中间合金的缺点。但是，铝-钛-碳中间合金中的形核粒子TiC在铝熔体中是不稳定的，容易与铝反应生成Al4C3，从而导致细化效果表现出明显的衰退，这制约了其在工业生产中的应用。文献200810139856. 1的中国专利报道一种铝-钛-碳-硼-氮中间合金及其制备方法，该中间合金中的TiC粒子由于掺杂了硼原子而结构稳定性得到提高。该专利提出采用铝-硼和铝-碳中间合金等作为生产原料，不仅成本高，而且其中夹杂物含量高，从而影响了最终产品的洁净度。
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，提供一种能够有效细化铝及其合金的铝-钛-铁-碳-硼中间合金，并提供一种工艺简单、环境友好、成本低、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-钛-铁-碳-硼中间合金，含有铝、钛、碳、硼元素，其特征是它还含有铁元素，各组分的质量百分比分别为铝85. 00 % -95. 00%，钛1.00% -10. 00%，铁 0. 10% -6. 50%，碳0. 01 % -1. 00%，硼0. 01 % -1. 00% ；该中间合金中弥散分布着微米和亚微米级的TB2以及TiC粒子，粒子数量多，硼和碳是以铁-硼-碳中间合金的形式加入的， 这种以铁合金为载体加入的硼和碳具有较高的活性，它们可以分别掺杂到TiC以及TB2空位中，形成TiCyBx和Ti&_xCy粒子，促进这些粒子的结构稳定性和形核活性。另外，铁在铝熔体中改善TiC粒子的生长环境，使其形貌和晶体取向发生改变，从而促进其异质形核作用。上述铝-钛-铁-碳-硼中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)按以下质量百分比准备好所需原料1. 00% -10. 00%纯钛、0. 20% -10. 00% 铁-硼-碳中间合金、0.01% 1.00%石墨，余为纯铝；所用铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为15. 00% -40. 00%，碳的质量百分含量为2. 50% -10. 00%。(2)将称好的纯铝置于感应炉中熔化并升温至850-1300°C，分别加入纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨，在此温度下保温并搅拌5-30分钟后浇注成锭或制成线材。用该方法制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金中各组分的质量百分比分别为 铝 85. 00 % -95. 00 %, It 1. 00 % -10. 00 %，铁 0. 10 % -6. 50 %，碳 0. 01 % -1. 00 %，硼 0. 01% -1. 00%。利用本专利技术方法制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金中，基体上弥散分布着大量的TiC、TiCyBx、TiB2以及TiB2_xCyS子，其尺寸在0. 1-2. 0 μ m之间，并形成一种有机组合体。这主要是因为硼以及部分碳是以铁-硼-碳中间合金的形式加入的，这种以铁合金为载体加入的硼和碳具有较高的活性，可以分别掺杂到已形成TiC以及TW2粒子晶体空位中，并且掺杂较为充分，形成了 TiCyBx和TiB2_xCyS子，这些粒子的活性较高，是一种优良的异质形核衬底。另外，铝熔体中的铁会改善TiC粒子的生长环境，改善了 TiC粒子的形貌和晶体取向。细化实验表明，该铝-钛-铁-碳-硼中间合金对铝及铝合金具有良好的晶粒细化效果。本专利技术以纯铝、纯钛、石墨和铁-硼-碳中间合金为原料在铝熔体中反应得到铝-钛-铁-碳-硼中间合金，这种制备方法具有工艺简便、原料成本低、生产效率高和环境友好等优点，适合大规模生产。具体实施例方式下面给出本专利技术的四个最佳实施例。实施例1(1)按以下质量百分比准备好所需原料96. 50%的纯铝、3. 00%的纯钛、0.35% 的铁-硼-碳中间合金、0. 15%的石墨。其中，铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为 30. 00%，碳的质量百分含量为5.00%。(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至1000°C左右，加入纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨，在此温度下保温并搅拌10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-钛-铁-碳-硼中间合金，其化学成分的质量百分比为钛 2. 95-3. 05%，铁 0. 25-0. 35%，碳 0. 13-0. 17%，硼 0. 09-0. 11%，余量为铝。实施例2(1)按以下质量百分比准备好所需原料93. 25%的纯铝、5. 00%的纯钛、1.50% 的铁-硼-碳中间合金、0. 25%的石墨。其中，铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为 20. 00%，碳的质量百分含量为6.00%。(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至1150°C，加入纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨，在此温度下保温并搅拌20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-钛-铁-碳-硼中间合金，其化学成分的质量百分比为钛 4. 95-5. 05%，铁 1. 05-1. 25%，碳 0. 28-0. 32%，硼 0. 28-0. 32%，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90. 10%的纯铝、7. 50%的纯钛、 2. 40%的铁-硼-碳中间合金；其中铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为25. 00%, 碳的质量百分含量为10. 00%。(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至1250°C，加入纯钛和铁-硼-碳中间合金， 在此温度下保温并搅拌15分钟后浇注成锭。 按照上述配比和工艺制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金，其化学成分的质量百分比为钛 7. 40-7. 60%，铁 1. 55-1. 65%，碳 0. 22-0. 26%，硼 0. 58-0. 62%，余量为铝。权利要求1.一种铝-钛-铁-碳-硼中间合金，包含铝、钛、碳、硼元素，其特征是它还含有铁元素，各组分的质量百分比分别为铝85. 00% -95. 00%，钛1.00% -10. 00%，铁 0. 10% -6. 50%，碳 0. 01% -1. 00%，硼 0. 01% -1. 00%。2.根据权利要求书1所述铝-钛-铁-碳-硼中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)按以下质量百分比准备好所需原料1.00%-10. 00%纯钛、0. 20% -10. 00% 铁-硼-碳中间合金、0.01%-1.00%石墨，余为纯铝；其中，铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为15. 00% -40. 00%，碳的质量百分含量为2. 50% -10. 00%。(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至850-1300°C，加入一定质量百分比的纯钛、 铁-硼-碳中间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘相法，王涛，聂金凤，李鹏廷，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：