本發明屬于金屬材料領域，涉及一種可適用于鑄造鋁合金的晶粒細化劑及其制備方法。

背景技術：
鑄造鋁合金廣泛應用于汽車、機械、航空航天等工業領域。改善鑄造鋁合金綜合性能的有效方法是對其進行晶粒細化，從而獲得細小的等軸晶組織，目前最經濟有效的方法是向鋁熔體中加入細化劑，但是由于其成分復雜，造成目前常見的晶粒細化劑(例如，二元Al-Ti、Al-B等中間合金、三元Al-Ti-B、Al-Ti-C等中間合金，以及以KBF4、K2ZrF6等為主要成分的復合鹽)在熔體細化處理過程中，容易出現晶粒細化元素鈦、硼、鋯與合金中的硅、鍶等元素發生反應，形成多元化合物，顯著降低細化元素有效含量，從而發生細化衰退現象。因此，新型鑄造鋁合金晶粒細化劑必須具備穩定的化學性質以及高效的細化效率，從而在鑄造鋁合金凝固組織中，獲得細小、均勻分布的等軸初生鋁相，對于提高合金力學性能是十分必要的。稀土元素化學性質活潑，易與其他元素形成穩定的化合物，廣泛應用于高性能鑄造鋁合金的開發中。研究發現稀土元素鈧、鐿對鋁合金初生鋁晶粒具有明顯的細化作用，但是它們價格高、不適用于工業生產。本發明利用輕稀土元素鑭與常見細化元素硼合成含鑭硼元素的新型鋁合金晶粒細化劑，所開發的新型鋁合金晶粒細化劑既能細化純鋁，也能細化鑄造鋁合金，成本較低，可應用于鋁鑄件的批量生產。

技術實現要素：
技術問題：本發明提供一種可以實現工業純鋁及復雜成分鑄造鋁合金中初生鋁晶粒的高效細化，解決了含鈦細化劑在高硅合金中的“毒化”問題，以及避免出現鍶硼“毒化”現象的鑄造鋁合金晶粒細化劑。技術方案：本發明的鑄造鋁合金晶粒細化劑，以工業純鋁，Al-3B中間合金，LaCl3·7H2O為原料，按照以下方法制備得到：步驟1：將LaCl3·7H2O置于馬弗爐中于450℃-550℃保溫2-3小時，使其完全水解，獲得白色的LaClO粉末，置于干燥皿中備用，同時將Al-3B中間合金及工業純鋁在高溫烘箱中預熱至250℃-300℃；步驟2：在坩堝電阻爐將所述步驟1中預熱后的工業純鋁在740℃-760℃熔化，保溫20-40分鐘，獲得鋁熔體；步驟3：將所述步驟2中獲得的鋁熔體降溫至720～730℃，向其中加入所述步驟1中預熱后的Al-3B中間合金，并保溫20-30分鐘，獲得均勻熔體；步驟4：將所述步驟3中獲得的均勻熔體升溫至750℃-850℃，然后將所述步驟1中得到的LaClO粉末用鋁箔包裹加入到所述均勻熔體當中；步驟5：將步驟4中最終得到的均勻熔體于750℃-850℃保溫1-2小時，期間每隔20-30分鐘對熔體進行攪拌，然后在750℃-850℃將所述均勻熔體澆入預熱至250℃-300℃的金屬型模具中，待冷卻后獲得晶粒細化劑。進一步的，本發明的晶粒細化劑中，各成分質量百分數：鑭為2％-3％，硼為1％-2％，其他雜質為0.3％-0.5％，余量為鋁。本發明的制備上述鑄造鋁合金晶粒細化劑的方法，包括步驟如下：步驟1：將LaCl3·7H2O置于馬弗爐中于450℃-550℃保溫2-3小時，使其完全水解，獲得白色的LaClO粉末，置于干燥皿中備用，同時將Al-3B中間合金及工業純鋁在高溫烘箱中預熱至250℃-300℃；步驟2：在坩堝電阻爐將所述步驟1中預熱后的工業純鋁在740℃-760℃熔化，保溫20-40分鐘，獲得鋁熔體；步驟3：將所述步驟2中獲得的鋁熔體降溫至720～730℃，向其中加入所述步驟1中預熱后的Al-3B中間合金，并保溫20-30分鐘，獲得均勻熔體；步驟4：將所述步驟3中獲得的均勻熔體升溫至750℃-850℃，然后將所述步驟1中得到的LaClO粉末用鋁箔包裹加入到所述均勻熔體當中；步驟5：將步驟4中最終得到的均勻熔體于750℃-850℃保溫1-2小時，期間每隔20-30分鐘對熔體進行攪拌，然后在750℃-850℃將所述均勻熔體澆入預熱至250℃-300℃的金屬型模具中，待冷卻后獲得晶粒細化劑。進一步的，本發明方法中，步驟4中，向均勻熔體加入LaClO粉末時，是將LaClO粉末壓入坩堝底部，充分攪拌，使其充分反應。進一步的，本發明方法中，步驟4中，Al與LaClO在高溫下發生反應獲得La元素，并與均勻熔體中存在的B元素形成LaB6，所述均勻熔體中存在的B元素來自于Al-3B中間合金的溶解。本發明利用Al與LaClO的放熱反應在鋁熔體中置換出La，再與Al-3B中間合金中溶解出的B元素合成化學性質穩定的LaB6化合物，作為初生鋁相的異質形核核心，促進初生鋁相的形核和細化，達到晶粒細化的效果，LaB6化學性質穩定，不與合金中的其他元素發生反應。其中LaClO來自于原料中LaCl3·7H2O的水解產物。本發明方法中，LaCl3·7H2O高溫水解得到LaClO，Al與LaClO在高溫下發生反應獲得La元素，并與熔體中存在的B元素(來自于Al-3B中間合金的溶解)形成LaB6，通過機械攪拌結合保溫處理，隨后在金屬型中冷卻，得到細化劑。本發明重點在于Al與LaClO的放熱反應獲得La，解決了純La加入高溫鋁熔體后容易燒損的問題。有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：(1)、本發明合成的新型鑄造鋁合金晶粒細化劑不僅能應用于工業純鋁的晶粒細化處理，更適用于復雜成分的鑄造鋁合金的晶粒細化，使其凝固組織中的初生鋁枝晶由原來的發達樹枝晶轉變為細小的等軸晶，并且不發生細化衰退及變質退化等有害現象，從而提高鑄造鋁合金的綜合力學性能，并且能改善其鑄造性能。(2)、本發明采用LaCl3·7H2O高溫水解獲得LaClO原料，能夠在鋁熔體中與Al發生放熱反應，獲得La元素，并與Al-3B中間合金溶解后形成的B元素合成LaB6，有效避免了直接添加純La導致的La元素燒損問題，并且相比于直接添加純La，本發明原料豐富，成本較低。同時，本發明僅需要使用干燥箱和普通電阻爐就可制備晶粒細化劑，無需氣氛保護及大功率電爐，制備設備簡單。附圖說明圖1實施例1未添加及添加細化劑的工業純鋁宏觀腐蝕組織照片。圖2實施例1未添加細化劑的A356合金金相組織照片。圖3實施例1添加細化劑的A356合金金相組織照片。具體實施方式下面結合實施例和說明書附圖對本發明作進一步的說明。一種鑄造鋁合金晶粒細化劑的制備方法，以工業純鋁，Al-3B中間合金，LaCl3·7H2O為原料，根據細化劑中各成分的質量百分數：鑭為2％-3％，硼為1％-2％，其他雜質為0.3％-0.5％，余量為鋁，進行原料稱量備用，制備步驟如下：步驟1：將LaCl3·7H2O置于馬弗爐中于450℃-550℃保溫2-3小時，使其完全水解，獲得白色的LaClO粉末，置于干燥皿中備用。將Al-3B中間合金及工業純鋁在高溫烘箱中預熱至250℃-300℃。步驟2：在坩堝電阻爐將步驟1中預熱后的工業純鋁在740℃-760℃熔化，保溫20-40分鐘，獲得鋁熔體。步驟3：將步驟2中的鋁熔體降溫至720～730℃，加入預熱后的Al-3B中間合金，并保溫20-30分鐘，獲得均勻熔體。步驟4：將步驟3中的熔體升溫至750℃-850℃，然后將步驟1中的水解產物用鋁箔包裹加入到熔體當中，加入時將粉末壓入坩堝底部，充分攪拌，使其充分反應。步驟5：將步驟4中的熔體于750℃-850℃保溫1-2小時，期間每隔20-30分鐘對熔體進行攪拌，然后在750℃-850℃將熔體澆入預熱至250℃-300℃的金屬型模具中，待冷卻后獲得晶粒細化劑。下面結合實施例來對本發明進一步說明，不能以下實施例來限定本發明的保護范圍。實施例1按照上述步驟制備鑄造鋁合金晶粒細化劑，細化劑中各成分的質量百分數：鑭為2％，硼為1％，其他雜質為0.3％-0.5％，余量為鋁。使用此細化劑細化工業純鋁，添加量為工業純鋁總質量的1％。如圖1所示，未添加細化劑時，工業純鋁宏觀組織主要以柱狀晶為主；添加細化劑后，工業純鋁宏觀組織為細小等軸狀鋁晶粒，平均晶粒尺寸為500-600微米。使用此細化劑細化A356合金，添加量為A356合金總質量的1％。如圖2所示，未添加細化劑的A356合金凝固組織中，初生鋁枝晶表現為發達樹枝晶，有明顯二次枝晶臂。如圖3所示，添加細化劑后的A356合金凝固組織中，初生鋁相完全等軸化，呈細小花瓣狀，二次枝臂完全消失，平均尺寸為75-90微米。實施例2按照上述步驟制備鑄造鋁合金晶粒細化劑，細化劑中各成分的質量百分數：鑭為3％，硼為1％，其他雜質為0.3％-0.5％，余量為鋁。使用此細化劑細化工業純鋁，添加量為工業純鋁總質量的1％。未添加細化劑時，工業純鋁宏觀組織主要以柱狀晶為主；添加細化劑后，工業純鋁宏觀組織為細小等軸狀鋁晶粒，平均晶粒尺寸為600-650微米。使用此細化劑細化A356合金，添加量為A356合金總質量的1％。未添加細化劑的A356合金凝固組織中，初生鋁枝晶表現為發達樹枝晶，有明顯二次枝晶臂。添加細化劑后的A356合金凝固組織中，初生鋁相完全等軸化，呈細小花瓣狀，二次枝臂完全消失，平均尺寸為80-95微米。實施例3按照上述步驟制備鑄造鋁合金晶粒細化劑，細化劑中各成分的質量百分數：鑭為2％，硼為2％，其他雜質為0.3％-0.5％，余量為鋁。使用此細化劑細化工業純鋁，添加量為工業純鋁總質量的1％。未添加細化劑時，工業純鋁宏觀組織主要以柱狀晶為主；添加細化劑后，工業純鋁宏觀組織為細小等軸狀鋁晶粒，平均晶粒尺寸為450-550微米。使用此細化劑細化A356合金，添加量為A356合金總質量的1％。未添加細化劑的A356合金凝固組織中，初生鋁枝晶表現為發達樹枝晶，有明顯二次枝晶臂。添加細化劑后的A356合金凝固組織中，初生鋁相完全等軸化，呈細小花瓣狀，二次枝臂完全消失，平均尺寸為65-75微米。實施例4按照上述步驟制備鑄造鋁合金晶粒細化劑，細化劑中各成分的質量百分數：鑭為3％，硼為2％，其他雜質為0.3％-0.5％，余量為鋁。使用此細化劑細化工業純鋁，添加量為工業純鋁總質量的1％。未添加細化劑時，工業純鋁宏觀組織主要以柱狀晶為主；添加細化劑后，工業純鋁宏觀組織為細小等軸狀鋁晶粒，平均晶粒尺寸為600-650微米。使用此細化劑細化A356合金，添加量為A356合金總質量的1％。未添加細化劑的A356合金凝固組織中，初生鋁枝晶表現為發達樹枝晶，有明顯二次枝晶臂。添加細化劑后的A356合金凝固組織中，初生鋁相完全等軸化，呈細小花瓣狀，二次枝臂完全消失，平均尺寸為75-95微米。實施例5按照上述步驟制備鑄造鋁合金晶粒細化劑，細化劑中各成分的質量百分數：鑭為2.5％，硼為1.5％，其他雜質為0.3％-0.5％，余量為鋁。使用此細化劑細化工業純鋁，添加量為工業純鋁總質量的1％。未添加細化劑時，工業純鋁宏觀組織主要以柱狀晶為主；添加細化劑后，工業純鋁宏觀組織為細小等軸狀鋁晶粒，平均晶粒尺寸為500-550微米。使用此細化劑細化A356合金，添加量為A356合金總質量的1％。未添加細化劑的A356合金凝固組織中，初生鋁枝晶表現為發達樹枝晶，有明顯二次枝晶臂。添加細化劑后的A356合金凝固組織中，初生鋁相完全等軸化，呈細小花瓣狀，二次枝臂完全消失，平均尺寸為65-80微米。參考圖1為上述實施例1中工業純鋁細化前后宏觀組織對比。照片中a為工業純鋁細化前宏觀組織，存在大量粗大柱狀晶；b為工業純鋁細化后宏觀組織，為完全的細小等軸狀晶粒。參考圖2為上述實施例1中A356合金細化前放大100倍的金相組織照片。照片中較亮部分為初生鋁，較暗部分為共晶硅，照片看出存在大量明顯取向性的粗大樹枝狀的初生鋁。參考圖3為上述實施例1中A356合金細化后放大100倍的金相組織照片。照片中較亮部分為初生鋁，較暗部分為共晶硅，照片看出不存在明顯取向性的粗大樹枝狀初生鋁，初生鋁均以等軸狀存在。上述實施例僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和等同替換，這些對本發明權利要求進行改進和等同替換后的技術方案，均落入本發明的保護范圍。