铝/铝合金晶粒细化用Al-Nb-B中间合金的制备及使用方法技术

一种铝/铝合金晶粒细化用Al

Preparation and application of al-nb-b master alloy for grain refinement of aluminum / aluminum alloy

【技术实现步骤摘要】
铝/铝合金晶粒细化用Al
‑
Nb
‑
B中间合金的制备及使用方法


[0001]本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种铝/铝合金晶粒细化用Al
‑
Nb
‑
B中间合金的制备及使用方法。

技术介绍

[0002]Al及Al合金被广泛的应用于航天航空、机械、医疗、汽车、建筑、电子行业及日常生活中；随着现代工业突飞猛进的发展，单一的优良性能已经不能满足日常需求，人们对铝及铝合金的组织和性能的要求更为严格；为了进一步提高Al及Al合金的性能，获得细小均匀的铸态组织是获得优异性能的关键。通常，晶粒的尺寸和形貌表征铝合金铸态组织的好坏，最佳的铸态组织是细小而又均匀的等轴晶，它可以有效地提高合金的强度和塑韧性。
[0003]目前铝合金细化剂主要以Al
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Ti
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B系列为主，Al
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Ti
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B的常用制备工艺是将高纯铝锭熔化，通过加入不同比例的混合氟盐(K2TiF6、KBF4)至铝熔体中并保温反应一段时间后浇铸，从而得到不同Ti/B比例的Al
‑
Ti
‑
B中间合金，Al
‑
Ti
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B中的第二相粒子(如TiB2、TiAl3等)有助于铝发生异质形核而达到细化晶粒的效果。然而在实际应用过程中仍存在如内部第二相粒子聚集沉淀，由于硅普遍存在于铝合金中，Ti和Si之间发生反应阻碍了合金的有效细化(Si中毒)等诸多问题，严重限制了Al
‑
Ti
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B在高质量铝材生产中的应用。

技术实现思路

[0004]针对Al
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Ti
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B中间合金对铸造Al
‑
Si合金细化过程中出现的Si中毒现象，阻碍合金有效细化问题，本专利技术提供了一种铝/铝合金晶粒细化用Al
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Nb
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B中间合金的制备及使用方法。
[0005]本专利技术的铝/铝合金晶粒细化用Al
‑
Nb
‑
B中间合金的制备方法包括如下步骤：
[0006](1)将纯铝置于坩埚内，将坩埚置于加热炉内，对坩埚加热至纯铝全部熔化形成铝熔体；
[0007](2)将Al
‑
60Nb粉末预热至300
±
10℃，获得预热Al
‑
60Nb粉末；
[0008](3)将KBF4粉末加热至120
±
10℃烘干去除水分，然后直接与预热Al
‑
60Nb粉末混合，形成的混合粉末用铝箔包裹；将包裹有混合粉末的铝箔趁热浸入铝熔体，对熔体搅拌至物料全部熔化并混合均匀，获得混合熔体；此时混合熔体中按质量百分比含Nb 2～5％，B 1～2％，其余为Al；
[0009](4)将坩埚升温至800
±
10℃后保温55～65min，再升温至850
±
10℃后保温25～35min，最后降温至800
±
10℃后保温25～35min，完成熔炼；
[0010](5)完成熔炼后去除混合熔体表面的浮渣，再浇铸到水冷模具中，制成铝/铝合金晶粒细化用Al
‑
Nb
‑
B中间合金。
[0011]上述的步骤(4)中，在保温过程中每隔5～10min搅拌一次，以防止颗粒附聚和沉降，进而防止气态BF3的B损失。
[0012]上述的步骤(5)中，水冷模具材质为铜。
[0013]本专利技术的铝/铝合金晶粒细化用Al
‑
Nb
‑
B中间合金的使用方法包括如下步骤：
[0014](1)将铝/铝合金加热熔化形成熔体；
[0015](2)将铝/铝合金细化用Al
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Nb
‑
B中间合金加入熔体，搅拌熔体至铝/铝合金晶粒细化用Al
‑
Nb
‑
B中间合金熔化并使全部物料混合均匀，形成混合熔体；铝/铝合金细化用Al
‑
Nb
‑
B中间合金的用量按Nb占混合熔体总质量的0.1～0.15％；
[0016](3)将混合熔体升温至720
±
5℃后保温10～15min，然后浇铸获得铸锭。
[0017]上述的使用方法中，铸锭的平均晶粒粒径为0.16～0.96mm。
[0018]本专利技术采用Al
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Nb
‑
B中间合金替代Al
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Ti
‑
B作为晶粒细化剂，利用Nb、B可以成功的完成铝/铝合金尤其是Al
‑
Si铸造合金的高效可靠的晶粒细化，在细化过程中，形成的Nb
‑
Si化合物相对于Ti
‑
Si化合物具有较高的化学稳定性，由于Al
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Nb
‑
B中间合金通常比用于铸造的Al
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Si合金在更高温度下形成，因此不出现Si中毒现象；本专利技术的Al
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Nb
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B中间合金能够保证Nb在中间合金中的均匀分布，进而能够保证在铝/铝合金熔体中均匀分布；通过控制Nb和B在中间合金的含量，可以形成最佳的铝/铝合金晶粒细化效果。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例2的Al
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3Nb
‑
2B中间合金的XRD图；
[0020]图2为本专利技术实施例1中对比试验的纯Al铸锭经阳极覆膜后的铸态显微组织图；
[0021]图3为本专利技术实施例9中对比试验的Al
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10Si合金铸锭经阳极覆膜后的铸态显微组织图；
[0022]图4为本专利技术实施例1～8中的铸锭经阳极覆膜后的铸态显微组织图；图中，(a)为实施例1，(b)为实施例2，(c)为实施例3，(d)为实施例4，(e)为实施例5，(f)为实施例6，(g)为实施例7，(h)为实施例8；
[0023]图5为本专利技术实施例9～16中的铸锭经阳极覆膜后的铸态显微组织图；图中，(a)为实施例9，(b)为实施例10，(c)为实施例11，(d)为实施例12，(e)为实施例13，(f)为实施例14，(g)为实施例15，(h)为实施例16。
具体实施方式
[0024]本专利技术实施例中的铝/铝合金晶粒细化用Al
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Nb
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B中间合金分别为Al
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2Nb
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2B中间合金、Al
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3Nb
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2B中间合金、Al
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4Nb
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2B中间合金、Al
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5Nb
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2B中间合金、Al
‑
2Nb
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1B中间合金、Al
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝/铝合金晶粒细化用Al
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Nb
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B中间合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将纯铝置于坩埚内，将坩埚置于加热炉内，对坩埚加热至纯铝全部熔化形成铝熔体；(2)将Al
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60Nb粉末预热至300
±
10℃，获得预热Al
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60Nb粉末；(3)将KBF4粉末加热至120
±
10℃烘干去除水分，然后直接与预热Al
‑
60Nb粉末混合，形成的混合粉末用铝箔包裹；将包裹有混合粉末的铝箔趁热浸入铝熔体，对熔体搅拌至物料全部熔化并混合均匀，获得混合熔体；此时混合熔体中按质量百分比含Nb 2～5％，B 1～2％，其余为Al；(4)将坩埚升温至800
±
10℃后保温55～65min，再升温至850
±
10℃后保温25～35min，最后降温至800
±
10℃后保温25～35min，完成熔炼；(5)完成熔炼后去除混合熔体表面的浮渣，再浇铸到水冷模具中，制成铝/铝合金晶粒细化用Al
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Nb
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B中间合金。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：何立子，王新宇，王鑫，刘宏亮，高思睿，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：