CN112899512A - 一种铝钛碳合金晶粒细化剂及其制备方法 - Google Patents

一种铝钛碳合金晶粒细化剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112899512A
CN112899512A CN202110068771.4A CN202110068771A CN112899512A CN 112899512 A CN112899512 A CN 112899512A CN 202110068771 A CN202110068771 A CN 202110068771A CN 112899512 A CN112899512 A CN 112899512A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum
mixture
tic
grain refiner
titanium
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.)
Granted
Application number
CN202110068771.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112899512B (zh
Inventor
曹刚
***
高文娟
方超群
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Bolin Advanced Materials Co ltd
Original Assignee
Hefei Bolin Advanced Materials Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Bolin Advanced Materials Co ltd filed Critical Hefei Bolin Advanced Materials Co ltd
Priority to CN202110068771.4A priority Critical patent/CN112899512B/zh
Publication of CN112899512A publication Critical patent/CN112899512A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112899512B publication Critical patent/CN112899512B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/06—Making non-ferrous alloys with the use of special agents for refining or deoxidising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • C22B21/062—Obtaining aluminium refining using salt or fluxing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/10—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with refining or fluxing agents; Use of materials therefor, e.g. slagging or scorifying agents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种铝钛碳合金晶粒细化剂及其制备方法，材料的制备方法如下：将KAlF4、K2TiF4、NaCl、TiC加入至分散剂中，分散均匀得到混合物，烘干后得到混合粉末，将混合粉末压制成块状样品并进行预热，得到预热样品；对铝块进行加热使其融化得到熔融铝，将预热样品加入至熔融铝中，混合均匀得到混合料，捞出混合料表面浮渣后将其倒入模具中成型得到目标产品。本发明配制的混合粉末中含有KAlF4、K2TiF4、NaCl，其受热会立刻融化成熔盐，并与Al2O3发生反应，使得熔盐与熔Al直接接触。由于TiC在熔Al中润湿性比在熔盐中的润湿性要好，因此TiC会渗入到Al熔体中，获得分散较好的铝钛碳合金。

Description

一种铝钛碳合金晶粒细化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料的制造技术领域，具体涉及一种铝钛碳合金晶粒细化剂及其制备方法。
背景技术
在新能源汽车、航空航天等众多领域，零部件轻量化已成为未来重要的发展方向，铝合金是实现轻量化的关键材料。然而，由于铝合金力学性能较差，限制了其工业化应用。通过添加晶粒细化剂，提高其力学性能的方法已经成为研究的热点。晶粒细化是提高铝及其合金的力学性能、减少偏析、提高铸件的致密性的重要方法之一。细化晶粒的方法较多，其中添加细化剂具有操作方便、作用快、效果稳定、设备简单等优点，是一种最为经济、有效和实用的细化方法。目前，应用最多的晶粒细化剂是Al-Ti-B，具有较好的晶粒细化效果，一定程度上改善了铝合金的力学性能。然而Al-Ti-B细化剂中的硼化物在铝熔体中容易聚集、沉淀，这大大降低了其细化效果，而且在随后的加工过程中容易产生缺陷，尤其在铝箔生产过程中产生严重的质量问题，造成大量的废品；同时一些元素，比如Zr、Cr、V等，容易使其“中毒”而降低了其细化效果。因此，铝铸造工业迫切需求开发新型的铝及其合金细化剂来代替Al-Ti-B晶粒细化剂。
由于Al-Ti-C晶粒细化剂中的TiC不容易发生聚集沉淀，对导致Al-Ti-B“中毒”的Zr、Cr、V等元素具有“免疫”功能，因此Al-Ti-C晶粒细化剂是具有良好工业应用前景的晶粒细化剂之一。
但是，传统的Al-Ti-C晶粒细化剂的制备工艺面临的难点有：(1)采用普通工艺制备的Al-Ti-C合金无法控制TiC的颗粒尺度，颗粒尺度的均匀性也较差；(2)由于TiC与Al之间润湿性较差，很难将TiC直接分散到Al熔体中；(3)在熔融Al表面非常容易形成氧化膜Al2O3，导致TiC很难直接加入。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种铝钛碳合金晶粒细化剂及其制备方法，该制备方法具有制备设备简单、工艺流程短、制备效率高等优点，所制备的Al-Ti-C晶粒细化剂具有良好的晶粒细化效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种铝钛碳合金晶粒细化剂的制备方法，包括以下步骤
(1)将KAlF4、K2TiF4、NaCl、TiC加入至分散剂中，然后依次经过机械搅拌和超声分散后得到混合物；优选的，所述分散剂为乙醇，所述KAlF4、K2TiF4、NaCl、TiC的质量比为70：10：(10-18)：(2-10)。
(2)对混合物进行烘干后得到混合粉末，将混合粉末压制成块状样品并进行预热，得到预热样品；作为要选的，所述压制的压力为50-200Mpa，比如可以为50Mpa、100Mpa或200Mpa等。
(3)对铝块进行加热使其融化得到熔融铝，将步骤(2)中的预热样品加入至熔融铝中，机械搅拌使其混合均匀得到混合料，捞出混合料表面浮渣后将其倒入模具中成型得到目标产品。优选的，所述加热的温度为1000-1200℃，所述模具的材质为铁或铜。
作为优选的技术方案，步骤(2)中，所述烘干的温度为100-200℃，烘干的时间为6-12h；比如，烘干温度可以为100℃、15℃或200℃等，烘干时间为6h、10h或12h等。
作为优选的技术方案，步骤(2)中，所述预热的温度为100-200℃，时间为1-3h；比如预热的温度可以为100℃、15℃或200℃等，时间为1h、2h或3h等。
本发明的第二个目的是提供上述所述的制备方法制得的铝钛碳合金晶粒细化剂，所述铝钛碳合金晶粒细化剂包括Al和TiC颗粒，所述TiC颗粒的尺寸在100-500nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明配制的混合粉末中含有KAlF4、K2TiF4、NaCl，当将其放置在熔融铝表面后，混合粉末受热会立刻融化成熔盐，熔盐中的氟化物能够与熔融铝表面Al2O3发生化学反应，具有较强的去氧化膜能力，使得熔盐与熔融铝直接接触。由于TiC在Al中润湿性比在熔盐中的润湿性要好，因此TiC会渗入到熔融铝中，获得分散较好的铝钛碳(Al-Ti-C)合金。此外，TiC可以根据需要提前制备，其粉末尺寸也容易控制。
(2)本发明通过机械搅拌和超声分散两种混合方式对混合物进行混合处理，能够避免纳米颗粒TiC发生团聚；其中机械搅拌使TiC在分散剂中初步分散，然后再利用超声的空化效应进一步使纳米颗粒TiC均匀分散在混合物中，制备得到TiC分散均匀的混合粉末。
(3)本发明提供的方法具有制备设备简单、工艺流程短、制备效率高等优点，所制得的Al-Ti-C晶粒细化剂具有良好的晶粒细化效果。
附图说明
图1为实施例1制得的铝钛碳合金的金相组织图。
图2为铝钛碳合金中TiC颗粒的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种铝钛碳合金晶粒细化剂的制备方法，包括以下步骤
(1)按质量百分比称取以下物质：70％KAlF4、10％K2TiF4、15％NaCl、5％TiC，然后将其加入至乙醇中，在280rpm转速下机械搅拌30min后；继续超声搅拌15min，超声功率为500W，得到混合物；
(2)将混合物放到烘箱中，在200℃温度中保温12h，烘干后得到混合粉末，将混合粉末在10Mpa压力下压制成块状样品；将块状样品放置于200℃温度中保温2h进行预热，得到预热样品；
(3)在1000℃温度中对铝块进行加热使其融化得到熔融铝，将步骤(2)中的预热样品加入至熔融铝中，机械搅拌使其混合均匀，捞出表面浮渣后倒入模具中成型得到目标产品，即铝钛碳合金晶粒细化剂。
对实施例1制得的产品进行打磨、抛光后采用扫描电镜观察，产品中存在大量TiC颗粒，其均匀分布在Al晶粒间，获得了分布均匀的Al-Ti-C组织。
实施例2
一种铝钛碳合金晶粒细化剂的制备方法，包括以下步骤
(1)按质量百分比称取以下物质：70％KAlF4、10％K2TiF4、12％NaCl、8％TiC，然后将其加入至乙醇中，在280rpm转速下机械搅拌30min后；继续超声搅拌15min，超声功率为500W，得到混合物；
(2)将混合物放到烘箱中，在200℃温度中保温12h，烘干后得到混合粉末，将混合粉末在10Mpa压力下压制成块状样品；将块状样品放置于200℃温度中保温2h进行预热，得到预热样品；
(3)在1000℃温度中对铝块进行加热使其融化得到熔融铝，将步骤(2)中的预热样品加入至熔融铝中，机械搅拌使其混合均匀，捞出表面浮渣后倒入模具中成型得到目标产品，即铝钛碳合金晶粒细化剂。
对实施例2制得的产品进行打磨、抛光后采用扫描电镜观察，产品中存在大量TiC颗粒，其尺度为50nm并均匀分布在Al晶粒间，获得了分布均匀的Al-Ti-C组织。
实施例3
一种铝钛碳合金晶粒细化剂的制备方法，包括以下步骤
(1)按质量百分比称取以下物质：70％KAlF4、10％K2TiF4、10％NaCl、10％TiC，然后将其加入至乙醇中，在280rpm转速下机械搅拌30min后；继续超声搅拌15min，超声功率为500W，得到混合物；
(2)将混合物放到烘箱中，在200℃温度中保温12h，烘干后得到混合粉末，将混合粉末在10Mpa压力下压制成块状样品；将块状样品放置于200℃温度中保温2h进行预热，得到预热样品；
(3)在1200℃温度中对铝块进行加热使其融化得到熔融铝，将步骤(2)中的预热样品加入至熔融铝中，机械搅拌使其混合均匀，捞出表面浮渣后倒入模具中成型得到目标产品，即铝钛碳合金晶粒细化剂。
对实施例3制得的产品进行打磨、抛光后采用扫描电镜观察，产品中存在大量TiC颗粒，其均匀分布在Al晶粒间，获得了分布均匀的Al-Ti-C组织。
实施例4
一种铝钛碳合金晶粒细化剂的制备方法，包括以下步骤
(1)按质量百分比称取以下物质：70％KAlF4、10％K2TiF4、15％NaCl、5％TiC，然后将其加入至乙醇中，在280rpm转速下机械搅拌30min后；继续超声搅拌15min，超声功率为500W，得到混合物；
(2)将混合物放到烘箱中，在200℃温度中保温12h，烘干后得到混合粉末，将混合粉末在10Mpa压力下压制成块状样品；将块状样品放置于200℃温度中保温2h进行预热，得到预热样品；
(3)在1200℃温度中对铝块进行加热使其融化得到熔融铝，将步骤(2)中的预热样品加入至熔融铝中，机械搅拌使其混合均匀，捞出表面浮渣后倒入模具中成型得到目标产品，即铝钛碳合金晶粒细化剂。
对实施例4制得的产品进行打磨、抛光后采用扫描电镜观察，产品中存在大量TiC颗粒，其均匀分布在Al晶粒间，获得了分布均匀的Al-Ti-C组织。
对比例1
对比例1与实施例2的不同之处在于：对比例1中Al熔体温度为800度。
对比例1测试结果为：合金中TiC较少且分布不均匀。
对比例2：
对比例2与实施例2的不同之处在于：对比例2中，在混合粉末时未施加超声搅拌。
对比例2的测试结果为：合金中存在较大块状物质，检测发现为TiC块，尺度在20微米-100微米之间。
由上述实施例和对比例可知，根据SEM测试结果发现，随着混合粉末中TiC含量升高，Al-Ti-C晶粒细化剂中TiC含量也逐渐提升。当熔融Al温度较低(800℃)时，合金中TiC含量很少。这是由于在低温下TiC与Al的润湿性较差，TiC较难渗入到Al中，很难获得较好的Al-Ti-C合金。当未施加超声搅拌时，TiC呈块状存在于合金中，说明纳米尺度的TiC在机械搅拌下很难分散，导致其聚集在Al中。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铝钛碳合金晶粒细化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
(1)将KAlF4、K2TiF4、NaCl、TiC加入至分散剂中，然后依次经过机械搅拌和超声分散后得到混合物；
(2)对混合物进行烘干后得到混合粉末，将混合粉末压制成块状样品并进行预热，得到预热样品；
(3)对铝块进行加热使其融化得到熔融铝，将步骤(2)中的预热样品加入至熔融铝中，机械搅拌使其混合均匀得到混合料，捞出混合料表面浮渣后将其倒入模具中成型得到目标产品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述分散剂为乙醇。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述KAlF4、K2TiF4、NaCl、TiC的质量比为70：10：(10-18)：(2-10)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述烘干的温度为100-200℃，烘干的时间为6-12h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述预热的温度为100-200℃，时间为1-3h；所述压制的压力为50-200Mpa。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述加热的温度为1000-1200℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述模具的材质为铁或铜。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述机械搅拌是在氩气气氛中进行的。
9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的铝钛碳合金晶粒细化剂，其特征在于：所述铝钛碳合金晶粒细化剂包括Al和TiC颗粒，所述TiC颗粒的直径在100-500nm。
CN202110068771.4A 2021-01-19 2021-01-19 一种铝钛碳合金晶粒细化剂及其制备方法 Active CN112899512B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110068771.4A CN112899512B (zh) 2021-01-19 2021-01-19 一种铝钛碳合金晶粒细化剂及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110068771.4A CN112899512B (zh) 2021-01-19 2021-01-19 一种铝钛碳合金晶粒细化剂及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112899512A true CN112899512A (zh) 2021-06-04
CN112899512B CN112899512B (zh) 2022-08-12

Family

ID=76115495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110068771.4A Active CN112899512B (zh) 2021-01-19 2021-01-19 一种铝钛碳合金晶粒细化剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112899512B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113444910A (zh) * 2021-06-08 2021-09-28 上海航天精密机械研究所 一种镁合金晶粒细化剂及制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB782371A (en) * 1953-12-14 1957-09-04 Horizons Titanium Corp Improvements in fused salt baths for use in the electrodeposition of refractory metals
CN1544678A (zh) * 2003-11-20 2004-11-10 上海交通大学 原位自生TiC/AI复合材料超细晶粒细化剂及其制备工艺
CN101935772A (zh) * 2010-09-26 2011-01-05 郑州大学 一种制备铝钛碳稀土细化剂的方法
CN104328299A (zh) * 2014-10-23 2015-02-04 山东南山铝业股份有限公司 一种铝及铝合金熔体精炼用的熔剂及其制备方法
CN106756143A (zh) * 2017-01-04 2017-05-31 山东南山铝业股份有限公司 铝及铝合金熔体精炼用熔剂和铝及铝合金熔体精炼方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB782371A (en) * 1953-12-14 1957-09-04 Horizons Titanium Corp Improvements in fused salt baths for use in the electrodeposition of refractory metals
CN1544678A (zh) * 2003-11-20 2004-11-10 上海交通大学 原位自生TiC/AI复合材料超细晶粒细化剂及其制备工艺
CN101935772A (zh) * 2010-09-26 2011-01-05 郑州大学 一种制备铝钛碳稀土细化剂的方法
CN104328299A (zh) * 2014-10-23 2015-02-04 山东南山铝业股份有限公司 一种铝及铝合金熔体精炼用的熔剂及其制备方法
CN106756143A (zh) * 2017-01-04 2017-05-31 山东南山铝业股份有限公司 铝及铝合金熔体精炼用熔剂和铝及铝合金熔体精炼方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113444910A (zh) * 2021-06-08 2021-09-28 上海航天精密机械研究所 一种镁合金晶粒细化剂及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112899512B (zh) 2022-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111940723B (zh) 一种用于3d打印的纳米陶瓷金属复合粉末及应用
CN108396168B (zh) 一种高强高导抗蠕变石墨烯增强铝合金材料的制备方法
CN110229971B (zh) 一种新型Cu-纳米WC复合材料的制备方法
CN110205527B (zh) 一种增材制造用Al-Mg-Si合金线材及其制备方法
CN100383268C (zh) 用于铝及铝合金的Al-Ti-C系复合晶粒细化剂的制备方法
Othman et al. Effect of milling parameters on mechanical alloying of aluminum powders
CN107385256A (zh) 一种纳米碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法
CN112899512B (zh) 一种铝钛碳合金晶粒细化剂及其制备方法
CN109518027A (zh) 一种细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的制备方法和应用
CN106399872A (zh) 一种涂覆氧化铝的晶须碳纳米管/铝基复合材料半固态坯料的制备方法
CN109371276A (zh) 批量熔铸制备石墨烯增强铝合金基纳米复合材料的方法
CN107974569A (zh) 一种混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN107502771A (zh) 一种纳米TiC颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN105710380A (zh) 含铝金属打印粉末及其制备方法
CN101811197B (zh) 一种微乳液制备纳米级弥散强化金属粉末的方法
CN109182817A (zh) 一种石墨烯增强钴基复合材料的制备方法
CN106498211B (zh) 纳米氧化铝颗粒原位增强高热稳纳米相复合结构Al-Sn合金的制备方法
WO2024001374A1 (zh) 一种原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN101439871B (zh) 一种复合纳米SnO2粉末材料及其制备方法
KR20140001530A (ko) 기계적 활성화 공정에 의한 철-탄화티타늄 복합분말의 제조방법
RU2567779C1 (ru) Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов
CN113751707B (zh) 一种制备纳米碳化物颗粒弥散强化合金粉末的方法
CN110331311A (zh) 一种原位陶瓷颗粒增强铝基复合材料的连续制备方法
CN105087975A (zh) 一种用于生产铝合金的高含量钛添加剂及其制备方法
CN1865478A (zh) 一种制备高性能Fe3Al基复合材料的方法

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