CN109811161B - 一种大体积分数纳米级Al-TiB2中间合金及其制备方法 - Google Patents
一种大体积分数纳米级Al-TiB2中间合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109811161B CN109811161B CN201910147226.7A CN201910147226A CN109811161B CN 109811161 B CN109811161 B CN 109811161B CN 201910147226 A CN201910147226 A CN 201910147226A CN 109811161 B CN109811161 B CN 109811161B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- tib
- aluminum
- percent
- aluminum ingot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Abstract
一种大体积分数纳米级Al‑TiB2中间合金及其制备方法，属于中间合金技术领域。物相组成包括α‑Al、TiB2，其中Al粉：B粉：Ti粉＝(2.9‑3.5)：(2.5‑2.7)：(1.0‑1.2)(mol)，铝锭的质量百分比：67.5‑69.0％，Al粉、Ti粉和B粉的总质量百分比为：31.0‑32.5％，其中铝箔质量所用较少可以忽略。按要求称量B粉、Ti粉、Al粉、铝锭，其中铝锭纯度99.9％，B粉纯度为96％，先将Ti粉、B粉、Al粉混合均匀，混合后用铝箔包覆成块，然后将铝锭加热熔化，覆盖冰晶石；将熔体升温，用石墨钟罩把铝箔包裹成块体压入Al液中，静置反应至块体熔化，搅拌。反应完全后压入C2Cl6精炼，扒渣，得到Al‑TiB2中间合金。本发明制备的中间合金无TiAl3等脆性相，体积分数在20％以上，TiB2平均颗粒尺寸为200‑300nm。
Description
技术领域
本发明属于中间合金技术领域，特别涉及一种环保型大体积分数纳米级Al-TiB2中间合金的制备方法。
背景技术
二硼化钛(TiB2)是硼和钛最稳定的化合物，TiB2具有高的熔点、高的强度、高的硬度、高的弹性模量、优异的耐磨性、良好的导电性、优异的化学稳定性和优良的抗热性能等优点。被应用于刀具及电极制造等工业领域。近几十年来，TiB2被广泛地应用于Al基复合材料中，对提高复合材料的各项性能做出重大贡献。而内生的TiB2由于技术水平的落后和反应物杂质多造成TiB2颗粒尺寸较大，颗粒较少，杂质相难以去除，颗粒形貌不合标准，颗粒易聚集等。目前工业上通过混合盐反应法制备Al-TiB2中间合金，其生产工艺为：在750-850℃的温度下，向熔化的铝锭中添加K2TiF6和KBF4，然后通过机械搅拌使其充分反应。利用混合盐反应法制备的Al-TiB2中间合金中，存在尺度大的长条形状的TiAl3相，长度平均在80-120μm，该相在复合材料中将作为一种脆性相，容易引起断裂，同时其制备过程中会产生严重的污染问题。本实验采用新型制备方法铝箔包覆法成功制备出了无 TiAl3等脆性相，且制备过程环保、生产周期短且具有纳米级大体积分数的Al-TiB2中间合金。
发明内容
本发明采用铝箔包覆法，利用原料来源广泛的B粉、Ti粉、Al 粉，研制一种制备过程环保、洁净、颗粒含量高的Al-TiB2中间合金。
一种大体积Al-TiB2中间合金，其特征在于，物相组成包括α-Al、 TiB2，其中Al粉：B粉：Ti粉＝(2.9-3.5)：(2.5-2.7)：(1.0-1.2)(mol)，铝锭的质量百分比：67.5-69.0％，Al粉、Ti粉和B粉的总质量百分比为：31.0-32.5％，其中铝箔质量所用较少可以忽略。TiB2平均颗粒尺寸为200-300nm，TiB2颗粒分散相对均匀，体积分数在20％以上；上述中间合金的制备方法其颗粒尺寸及含量明显高于熔体自蔓延方法制备的纳米级Al-TiB2中间合金，且制备过程环保，反应速度快，省去烘干和压块工艺。
上述中间合金的制备方法，其特征在于，Ti和B以单质粉末颗粒状加入，采用铝箔包覆反应法制备，具体包括以下步骤：
(1)按照比例准备原料B粉、Ti粉、Al粉、铝锭，其中Al粉： B粉：Ti粉＝(2.9-3.5)：(2.5-2.7)：(1.0-1.2)(mol)，铝锭的质量百分比：67.5-69.0％，Al粉、Ti粉和B粉的总质量百分比为：31.0-32.5％，其中铝箔质量所用较少可以忽略。；
(2)将步骤(1)Ti粉、B粉、Al粉混合均匀，混合后用铝箔包覆成块，包裹块的长宽高分别为10-11cm、10-11cm和0.8-1.0cm；
(3)利用井式电阻炉将铝锭加热至750-780℃，待铝锭完全熔化，覆盖一层冰晶石覆盖剂；将熔体升温至780-880℃，石墨钟罩依次压入步骤(2)的包裹块，当所有包裹块融化后，用石墨棒均匀搅拌，反应20min；反应完成后，静置5min，压入C2Cl6精炼，扒渣，在 760-800℃浇注获得Al-TiB2中间合金。
上述优选冰晶石和C2Cl6均在100℃加热1h，去除水分；将模具和扒渣勺等工具涂刷一层涂料，防止Fe杂质元素污染中间合金。选用石墨坩埚进行熔炼，石墨棒搅拌，防止Si的污染。
铝熔体达到一定温度，压入包裹的粉块，待反应引起火化后，撤出钟罩，粉块快速发生燃烧反应。
本发明解决了自蔓延合成方法压块工序中导致反应物粉体过于紧实，造成反应缓慢和块体不能充分反应的现象，块体不能充分反应会造成中间合金颗粒含量低，出现贫B区生成少量TiAl3的现象。本发明制备TiB2中间合金反应速度快，比较自蔓延合成法，本发明在比较低的反应温度下反应物就能充分反应，所以本发明制备的中间合金TiB2粒子尺寸小，颗粒含量高。同时本发明制备TiB2中间合金同时省去了烘粉和对粉进行压块的工序，进一步缩短了生产周期，降低了生产成本。
附图说明
图1是铝箔包覆法制备Al-TiB2中间合金整体形貌；
图2是铝箔包覆法制备Al-TiB2中间合金TiB2颗粒高倍图；
图3是图1中Al-TiB2中间合金的能谱图；
图4是对图2中TiB2颗粒大小的统计图。
图5是自蔓延合成法制备Al-TiB2中间合金整体形貌；
图6是自蔓延合成法制备Al-TiB2中间合金TiB2颗粒高倍图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
铝箔包覆法制备Al-30TiB2中间过程如下：
1.原料准备，中间合金由B粉、Ti粉、Al粉、铝锭、铝箔、C2Cl6制备，其中铝锭纯度99.9％，B粉纯度96％。
2.制备2Kg的中间合金，按要求称量B粉、铝粉、钛粉、铝锭，铝烧损率为3％。要求B粉：Ti粉：Al粉＝2.7:1.1:3.0(mol)，按要求称量B粉120.5g，Al粉315.0g，钛粉205.7g，铝锭为1400g。
3.将Ti粉、B粉、Al粉混合均匀，混合后用铝箔包覆成块，包裹后块的长宽高分别为10.5cm、10.8cm和1.0cm，一次包粉85g。铝箔质量忽略不计。
4.将模具和扒渣勺等工具涂刷一层涂料，防止Fe杂质元素污染中间合金。选用石墨坩埚进行熔炼，石墨棒搅拌，防止Si的污染。
5.利用井式电阻炉将铝锭加热至750-780℃，待铝锭完全熔化，覆盖一层冰晶石覆盖剂，防止铝的氧化和吸气；将熔体升温至 780-880℃，石墨钟罩依次压入步骤3的块体，当所有块体融化后，用石墨棒均匀搅拌，反应20min；反应完成后，静置5min，加入3％wt 的C2Cl6进行精炼除气，静置5min扒渣，在760-800℃浇注获得Al-TiB2中间合金。
所得Al-TiB2中间合金整体形貌、TiB2颗粒高倍图、能谱图、颗粒大小的统计图分别见图1-4。
对比例2
自蔓延反应法制备Al-30TiB2中间合金过程如下：
1.原料准备，中间合金由B粉、Ti粉、Al粉、铝锭、C2Cl6制备，其中铝锭纯度99.9％，B粉纯度96％。
2.制备2Kg的中间合金，按要求称量B粉、铝粉、钛粉、铝锭，铝烧损率为3％。要求B粉：Ti粉：Al粉＝2.7:1.1:3.0(mol)，按要求称量B粉120.5g，Al粉315.0g，钛粉205.7g，铝锭为1400g。
3.将Ti粉、B粉、Al粉混合均匀，将混合均匀的粉末置于模具中，压制成块体。
4.将模具和扒渣勺等工具涂刷一层涂料，防止Fe杂质元素污染中间合金。选用石墨坩埚进行熔炼，石墨棒搅拌，防止Si的污染。
5.利用井式电阻炉将铝锭加热至750-780℃，待铝锭完全熔化，覆盖一层冰晶石覆盖剂，防止铝的氧化和吸气；将熔体升温至 850-880℃，石墨钟罩依次压入步骤3的块体，用石墨棒均匀搅拌，反应40min；反应完成后，静置5min，加入3％wt的C2Cl6进行精炼除气，静置5min扒渣，在760-800℃浇注获得Al-TiB2中间合金。
所得Al-TiB2中间合金整体形貌、TiB2颗粒高倍图分别见图5-6。
Claims (5)
1.一种大体积分数纳米级Al-TiB2中间合金，其特征在于，物相组成包括α-Al、TiB2，其中原材料Al粉：B粉：Ti粉＝(2.9-3.5)：(2.5-2.7)：(1.0-1.2)(mol)，铝锭的质量百分比为：67.5-69.0％，Al粉、Ti粉和B粉的总质量百分比为：31.0-32.5％；TiB2平均颗粒尺寸为200-300nm；Ti和B以单质粉末颗粒状加入，采用铝箔包覆反应法制备，制备方法具体包括以下步骤：
(1)按照比例准备原料B粉、Ti粉、Al粉、铝锭，其中Al粉：B粉：Ti粉＝(2.9-3.5)：(2.5-2.7)：(1.0-1.2)(mol)，铝锭的质量百分比为：67.5-69.0％，Al粉、Ti粉和B粉的总质量百分比为：31.0-32.5％，其中铝箔质量所用较少可以忽略；其中铝锭纯度99.9％，B粉纯度96％；
(2)将步骤(1)Ti粉、B粉、Al粉混合均匀，混合后用铝箔包覆成块，包裹块的长宽高分别为(10-11)cm、(10-11)cm和(0.8-1.0)cm；
(3)利用井式电阻炉将铝锭加热至750-780℃，待铝锭完全熔化，覆盖一层冰晶石覆盖剂；将熔体升温至780-880℃，使用石墨钟罩依次压入步骤(2)的包裹块，当所有包裹块熔化后，用石墨棒均匀搅拌，反应20min；反应完成后，静置5min，压入C2Cl6精炼，扒渣，在760-780℃浇注得到Al-TiB2中间合金。
2.按照权利要求1所述的一种大体积分数纳米级Al-TiB2中间合金，其特征在于，TiB2颗粒分散均匀，体积分数在20％以上。
3.制备权利要求1或2所述的一种大体积分数纳米级Al-TiB2中间合金的方法，其特征在于，Ti和B以单质粉末颗粒状加入，采用铝箔包覆反应法制备，具体包括以下步骤：
(1)按照比例准备原料B粉、Ti粉、Al粉、铝锭，其中Al粉：B粉：Ti粉＝(2.9-3.5)：(2.5-2.7)：(1.0-1.2)(mol)，铝锭的质量百分比为：67.5-69.0％，Al粉、Ti粉和B粉的总质量百分比为：31.0-32.5％，其中铝箔质量所用较少可以忽略；其中铝锭纯度99.9％，B粉纯度96％；
(2)将步骤(1)Ti粉、B粉、Al粉混合均匀，混合后用铝箔包覆成块，包裹块的长宽高分别为(10-11)cm、(10-11)cm和(0.8-1.0)cm；
(3)利用井式电阻炉将铝锭加热至750-780℃，待铝锭完全熔化，覆盖一层冰晶石覆盖剂；将熔体升温至780-880℃，使用石墨钟罩依次压入步骤(2)的包裹块，当所有包裹块熔化后，用石墨棒均匀搅拌，反应20min；反应完成后，静置5min，压入C2Cl6精炼，扒渣，在760-780℃浇注得到Al-TiB2中间合金。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，冰晶石和C2Cl6均在100℃加热1h，去除水分；将模具和扒渣勺工具涂刷一层涂料，防止Fe杂质元素污染中间合金；选用石墨坩埚进行熔炼，石墨棒搅拌，防止Si的污染。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，铝熔体达到一定温度，使用石墨钟罩依次压入包裹的粉块，待反应物起火后，粉块发生快速燃烧反应，反应30s后撤出钟罩。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910147226.7A CN109811161B (zh) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | 一种大体积分数纳米级Al-TiB2中间合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910147226.7A CN109811161B (zh) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | 一种大体积分数纳米级Al-TiB2中间合金及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109811161A CN109811161A (zh) | 2019-05-28 |
| CN109811161B true CN109811161B (zh) | 2021-04-16 |
Family
ID=66607618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910147226.7A Active CN109811161B (zh) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | 一种大体积分数纳米级Al-TiB2中间合金及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109811161B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110218891A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-09-10 | 北京工业大学 | 一种环保型纳米级Al-Ti-B细化剂及其制备方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04318143A (ja) * | 1991-04-16 | 1992-11-09 | Showa Denko Kk | アルミニウム結晶微細化剤 |
| JPH07268510A (ja) * | 1994-03-29 | 1995-10-17 | Honda Motor Co Ltd | 高強度Ａｌ合金およびその製造方法 |
| CN102644010B (zh) * | 2012-04-11 | 2014-06-18 | 北京工业大学 | 一种Al-Ti-B-Er细化剂及其制备方法 |
| CN103276253B (zh) * | 2013-04-18 | 2016-01-20 | 北京工业大学 | 一种低成本Al-Ti-B细化剂及其制备方法 |
| CN106756276A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-05-31 | 镇江创智特种合金科技发展有限公司 | 一种铸造铝合金用Al‑Ti‑B‑Y‑Ce细化剂及其制备方法和应用 |
| CN107190161B (zh) * | 2017-05-12 | 2019-07-05 | 北京工业大学 | 一种大体积分数的Al-TiB2纯相中间合金及制备方法 |
| CN107254610A (zh) * | 2017-06-12 | 2017-10-17 | 吉林大学 | 一种内生纳米尺寸颗粒强化铝合金材料制备方法 |
-
2019
- 2019-02-27 CN CN201910147226.7A patent/CN109811161B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109811161A (zh) | 2019-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105463222B (zh) | 一种原位自生TiC‑Ti5Si3颗粒增强钛基复合材料的制备方法 | |
| CN110157935B (zh) | 铸造铝硅合金用Al-V-B细化剂、其制备方法及应用 | |
| CN103205614A (zh) | 一种新型6063铝合金材料及生产工艺 | |
| CN112048629A (zh) | 铸造铝硅合金用Al-Ti-Nb-B细化剂的制备方法 | |
| CN109797322B (zh) | 一种超轻高强铸造铝锂合金及其制备方法 | |
| CN103276253A (zh) | 一种低成本Al-Ti-B细化剂及其制备方法 | |
| CN102284805B (zh) | 一种铜磷基合金焊料的制备方法 | |
| CN103233146A (zh) | 高效清洁型Al-Ti-B细化剂及其制备方法 | |
| CN102676856B (zh) | 一种亚共晶铸造铝硅合金变质工艺 | |
| CN109811161B (zh) | 一种大体积分数纳米级Al-TiB2中间合金及其制备方法 | |
| CN113122743B (zh) | 一种Al-V-B中间合金及其制备方法和应用 | |
| CN106048332B (zh) | 航天薄壁铸件用铝合金材料及其制备方法 | |
| CN109957685A (zh) | 一种高分散TiB2/A356复合材料制备方法 | |
| CN109439935A (zh) | 一种铝铌硼中间合金细化剂的制备方法及其应用 | |
| CN103192064A (zh) | 一种Al-Ti-B-C细化剂及制备方法 | |
| CN106676337B (zh) | 一种铝-钽-硼中间合金及其制备方法 | |
| CN111218557B (zh) | 钒铁合金的浇铸方法 | |
| CN109554570B (zh) | 一种熔体内原位多相混杂尺度陶瓷强化铝合金的方法 | |
| CN111945023A (zh) | 一种钛及钛合金铸锭的真空感应熔炼方法 | |
| US20210254194A1 (en) | Preparation method for magnesium matrix composite | |
| CN114381628B (zh) | 一种精炼剂及其制备方法和应用 | |
| CN102418009A (zh) | 一种可消解高硬度化合物的铝合金及其熔炼方法 | |
| CN102418008B (zh) | 一种用HfC去除夹杂的高强度铝合金及其制备方法 | |
| CN115679154A (zh) | 一种Ti-W-Ta-Nb中间合金及其制备方法 | |
| CN112921199B (zh) | 一种铝钛硼合金生产用精炼剂及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210802 Address after: 116085 room 1302, 13th floor, Kechuang building, No. 131, Guangxian Road, Dalian high tech Industrial Park, Ganjingzi District, Dalian City, Liaoning Province Patentee after: DALIAN KETIAN NEW MATERIAL Co.,Ltd. Address before: 100124 No. 100 Chaoyang District Ping Tian Park, Beijing Patentee before: Beijing University of Technology |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A large volume fraction nano Al TiB2master alloy and its preparation method Effective date of registration: 20221008 Granted publication date: 20210416 Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Dalian branch Pledgor: DALIAN KETIAN NEW MATERIAL CO.,LTD. Registration number: Y2022980017482 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |