本發(fā)明涉及一種鋁鈦硼碳鋯稀土細(xì)化劑、其制備方法及其應(yīng)用，屬于合金領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著社會的發(fā)展，市場對鋁合金制品的冶金組織、成份及性能提出了更高的要求，鋁加工業(yè)需要生產(chǎn)出冶金質(zhì)量合格、成份均勻和性能優(yōu)良的鋁合金制品。

傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)鋁中間合金晶粒細(xì)化劑品種有：鋁鈦硼、鋁鈦碳、鋁鈦硼碳稀土等。目前，鋁中間合金晶粒細(xì)化劑的制備容易出現(xiàn)TiB2顆粒偏大團(tuán)聚、TiAl3粗大分布不均勻、細(xì)化時間長、時效性時間短、合金內(nèi)部夾雜物偏多等問題，導(dǎo)致后期不能完全滿足對內(nèi)部組織要求高的鋁及鋁合金的晶粒細(xì)化要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中鋁中間合金晶粒細(xì)化劑結(jié)構(gòu)不均勻、細(xì)化時間長、時效性時間短、合金內(nèi)部夾雜物偏多等缺陷，本發(fā)明提供一種鋁鈦硼碳鋯稀土細(xì)化劑、其制備方法及其應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種鋁鈦硼碳鋯稀土細(xì)化劑，由以下組分組成：鈦3-5％、硼0.3-0.5％、碳0.08-0.15％、鋯0.08-0.22％、稀土0.8-1.2％、雜質(zhì)Fe≤0.10％、雜質(zhì)V≤0.03％、雜質(zhì)Si≤0.08％、其它雜質(zhì)總和≤0.15％和余量的鋁，其它單個雜質(zhì)元素含量均小于0.03％，所述百分比為質(zhì)量百分比。

本發(fā)明細(xì)化劑細(xì)化時間快(10s)，細(xì)化持續(xù)時間長(大于12h)，增強(qiáng)了合金綜合性能(強(qiáng)度、斷裂韌性等)及細(xì)化能力，適用于在線細(xì)化及爐內(nèi)細(xì)化等各種細(xì)化加入方式。

在目前的鋁中間合金晶粒細(xì)化劑的中，還沒有鋁基的六元合金細(xì)化劑，申請人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：鋯是理想的吸氣劑，它能強(qiáng)烈地吸收氮、氫、氧氣體，更有效的控制合金內(nèi)部的含氣量，而且鋯對鋁的再結(jié)晶有影響，鋯元素對合金的變形組織有顯著的穩(wěn)定作用，能有效地減少TiAl3顆粒、Ti2Al20RE顆粒的柱狀體及針狀體、TiB2聚集及產(chǎn)生有害Al4C3相的問題，同時申請人還發(fā)現(xiàn)微量元素Zr加入，對合金的耐腐蝕性能有明顯改善。

上述鋁鈦硼碳鋯稀土細(xì)化劑的原料包括：質(zhì)量比為1000：(200-320)：(40-50)：(0.8-6)：(3-20)：(8-12)的鋁錠、氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、石墨增碳劑、氟鋯酸鉀和混合稀土，其中，鋁錠的純度不小于99.7％，石墨增碳劑中碳含量為65-99％。

為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的均勻性，同時縮短細(xì)化時間、延長細(xì)化時效，氟鈦酸鉀中鈦含量≥19.2％，氟硼酸鉀中硼含量為8.0-8.7％。

上述制備方法所用工具可以是自動攪拌工頻爐和混料機(jī)。

本申請中rpm為轉(zhuǎn)每分鐘的意思。

為了進(jìn)一步減少雜質(zhì)，提高均勻性，縮短細(xì)化時間、延長細(xì)化時效，上述鋁鈦硼碳鋯稀土細(xì)化劑的制備方法，包括順序相接的如下步驟：

1)將氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、氟鋯酸鉀、石墨增碳劑以50±5rpm的速度混合攪拌時間10-20min；

2)將鋁錠熔化；

3)待鋁錠完全熔化后，在溫度為750-850℃的條件下，將步驟1)所得的物料加入鋁液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時間為20-30min；

4)反應(yīng)結(jié)束后，舀去熔渣；

5)加入鋁錠質(zhì)量2％的溶劑進(jìn)行攪拌脫氣精煉，將溶劑用氬氣吹入合金液中進(jìn)行精煉脫氣，精煉時間為20-25分鐘，氬氣壓力為0.1-0.3Mpa，攪拌速度為300-400rpm，攪拌溫度800-850℃；

6)攪拌脫氣精煉結(jié)束后用螢石粉進(jìn)行打渣、撈渣，清理完成，降溫靜置10-20min，將溫度降至720-750℃；

7)將步驟6)所得物料中加入稀土，稀土用鐘罩加入，加入過程中鐘罩在合金液中以10±2cm/min的速度移動，直到稀土全部溶化進(jìn)合金液中；

8)將步驟7)所得的合金液升溫到800±20℃，然后通過流槽導(dǎo)入裝有30-40pp i氧化鋁陶瓷過濾器的過濾箱體內(nèi)，對合金液進(jìn)行在線過濾處理，過濾后的合金液經(jīng)過連鑄連軋機(jī)，軋制成鋁鈦硼碳鋯稀土細(xì)化劑。

為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的均勻性，減少雜質(zhì)含量，步驟5)中所用溶劑為氯化鉀、硝酸鎂、氯化鈉和硝酸鈣質(zhì)量比為(5-15)：(10-15)：(1-3)：(0.2-0.3)的混合物。

本工藝流程簡單可行，雜質(zhì)元素含量極低，有效避免了金屬燒損，從而保證合金內(nèi)部清潔度，降低氧化雜質(zhì)。

本發(fā)明通過對Zr元素的合理加入量及制備條件的控制，與其他細(xì)化劑相比較顯著地減少了TiAl3的柱狀體及針狀體、減少了TiB2聚集、減少了產(chǎn)生有害Al4C3相、減少了TiAl3相顆粒大小、分布及減少了合金內(nèi)部含氣量。

上述鋁鈦硼碳鋯稀土細(xì)化劑的應(yīng)用為每噸鋁0.5-0.8kg。

本發(fā)明未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。

本發(fā)明通過鋯元素的合理加入量及備制條件的控制，與其他細(xì)化劑相比較有效地減少了TiAl3的柱狀體及針狀體、減少了TiB2聚集、減少了產(chǎn)生有害Al4C3相、減少了TiAl3相顆粒大小、分布及減少了合金內(nèi)部含氣量的問題；本發(fā)明所得鋁鈦硼碳鋯稀土細(xì)化劑細(xì)化時間快(10s)，細(xì)化持續(xù)時間長(大于12h)，增強(qiáng)了合金綜合性能(強(qiáng)度、斷裂韌性等)及細(xì)化能力，適用于在線細(xì)化及爐內(nèi)細(xì)化等各種細(xì)化加入方式；通過金相檢測，任意1cm²的縱截面中TiAl₃、Ti₂Al₂₀RE大致分布均勻彌散，平均尺寸<20μm，單個質(zhì)點最大尺寸<120μm，Al₃Zr≤20μm大致分布均勻，TiB2、TiC分布大致均勻彌散，平均尺寸≤2μm，Al₂O₃及鹽類附著物的長度總和<800μm，同時含氫量可控制在0.2-0.3ml/100gAl，更好的滿足后期鋁及鋁合金細(xì)化的使用要求。

附圖說明

圖1為實施例1中純鋁細(xì)化前的示意圖；

圖2為實施例1中純鋁細(xì)化后(20s)的示意圖。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

鋁鈦硼碳鋯稀土晶粒細(xì)化劑(Al-Ti5-B0.2-C0.1-Zr0.1-Re1)的制造方法包括順序相接的如下步驟：

1)將氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、氟鋯酸鉀、石墨增碳劑以50rpm的速度混合攪拌時間15min；

2)將鋁錠熔化；

3)待鋁錠完全熔化后，在溫度為800℃的條件下，將步驟1)所得的物料加入鋁液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時間為25min；

4)反應(yīng)結(jié)束后，舀去熔渣；

5)加入鋁錠質(zhì)量2％的溶劑進(jìn)行攪拌脫氣精煉，將溶劑用氬氣吹入合金液中進(jìn)行精煉脫氣，精煉時間為22分鐘，氬氣壓力為0.2Mpa，攪拌速度為350rpm，攪拌溫度820℃，溶劑為氯化鉀、硝酸鎂、氯化鈉和硝酸鈣質(zhì)量比為8：12：2：0.3的混合物；

6)攪拌脫氣精煉結(jié)束后用螢石粉進(jìn)行打渣、撈渣，清理完成，降溫靜置15min，將溫度降至740℃；

7)將步驟6)所得物料中加入混合稀土，稀土用鐘罩加入，加入過程中鐘罩在合金液中以10cm/min的速度移動，直到稀土全部溶化進(jìn)合金液中；

8)將步驟7)所得的合金液升溫到800℃，然后通過流槽導(dǎo)入裝有35pp i氧化鋁陶瓷過濾器的過濾箱體內(nèi)，對合金液進(jìn)行在線過濾處理，過濾后的合金液經(jīng)過連鑄連軋機(jī)，軋制成鋁鈦硼碳鋯稀土細(xì)化劑。

所用原料為：1000kg99.7％鋁錠、230kg氟鈦酸鉀(Ti≥20％)、45kg氟硼酸鉀(B：8.5％)、8kg氟鋯酸鉀(Zr：31％)、2.5kg石墨增碳劑(臨漳縣三能碳素有限公司，含碳量99％)、10kg混合稀土(鄭州智逸化工產(chǎn)品有限公司，稀土含量≥99％)。

所得產(chǎn)品通過顯微鏡高倍檢測：任意1cm²的縱截面中TiAl₃、Ti₂Al₂₀RE大致分布均勻彌散，平均尺寸<20μm，單個質(zhì)點最大尺寸<120μm，Al₃Zr≤20μm大致分布均勻，TiB2、TiC分布大致均勻彌散，平均尺寸≤2μm，Al₂O₃及鹽類附著物的長度總和<800μm；通過測氫儀檢測：含氫量控制在0.2ml/100gAl。

將上述產(chǎn)品對純鋁(20000μm)進(jìn)行細(xì)化，加入量為每噸純鋁0.5kg，5s便出現(xiàn)細(xì)化，12小時細(xì)化開始消失，10s后，99％以上的晶粒達(dá)到1級(180μm)。

實施例2

鋁鈦硼碳鋯稀土晶粒細(xì)化劑的制造方法包括順序相接的如下步驟：

1)將氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、氟鋯酸鉀、石墨增碳劑以55rpm的速度混合攪拌時間20min；

2)將鋁錠熔化；

3)待鋁錠完全熔化后，在溫度為850℃的條件下，將步驟1)所得的物料加入鋁液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時間為30min；

4)反應(yīng)結(jié)束后，舀去熔渣；

5)加入鋁錠質(zhì)量2％的溶劑進(jìn)行攪拌脫氣精煉，將溶劑用氬氣吹入合金液中進(jìn)行精煉脫氣，精煉時間為25分鐘，氬氣壓力為0.3Mpa，攪拌速度為400rpm，攪拌溫度850℃，溶劑為氯化鉀、硝酸鎂、氯化鈉和硝酸鈣質(zhì)量比為15：15：3：0.3的混合物；

6)攪拌脫氣精煉結(jié)束后用螢石粉進(jìn)行打渣、撈渣，清理完成，降溫靜置10-20min，將溫度降至750℃；

7)將步驟6)所得物料中加入稀土，稀土用鐘罩加入，加入過程中鐘罩在合金液中以10cm/min的速度移動，直到稀土全部溶化進(jìn)合金液中；

8)將步驟7)所得的合金液升溫到800℃，然后通過流槽導(dǎo)入裝有40pp i氧化鋁陶瓷過濾器的過濾箱體內(nèi)，對合金液進(jìn)行在線過濾處理，過濾后的合金液經(jīng)過連鑄連軋機(jī)，軋制成鋁鈦硼碳鋯稀土細(xì)化劑。

所用原料為：1000kg99.7％鋁錠、260kg氟鈦酸鉀(Ti≥20％)、50kg氟硼酸鉀(B：8.5％)、10kg氟鋯酸鉀(Zr：31％)、2kg石墨增碳劑(臨漳縣三能碳素有限公司，含碳量99％)、12kg混合稀土(鄭州智逸化工產(chǎn)品有限公司，稀土含量≥99％)

所得產(chǎn)品通過顯微鏡高倍檢測：任意1cm²的縱截面中TiAl₃、Ti₂Al₂₀RE大致分布均勻彌散，平均尺寸<20μm，單個質(zhì)點最大尺寸<120μm，Al₃Zr≤20μm大致分布均勻，TiB2、TiC分布大致均勻彌散，平均尺寸≤2μm，Al₂O₃及鹽類附著物的長度總和<800μm；通過測氫儀檢測：含氫量控制在0.2ml/100gAl。

將上述產(chǎn)品對純鋁(20000μm)進(jìn)行細(xì)化，加入量為每噸純鋁0.5kg，10s便出現(xiàn)細(xì)化，12小時細(xì)化開始消失，20s后，99％以上的晶粒達(dá)到1級(180μm)。

實施例3

鋁鈦硼碳鋯稀土晶粒細(xì)化劑的制造方法包括順序相接的如下步驟：

1)將氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、氟鋯酸鉀、石墨增碳劑以50rpm的速度混合攪拌時間10min；

2)將鋁錠熔化；

3)待鋁錠完全熔化后，在溫度為750℃的條件下，將步驟1)所得的物料加入鋁液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時間為20min；

4)反應(yīng)結(jié)束后，舀去熔渣；

5)加入鋁錠質(zhì)量2％的溶劑進(jìn)行攪拌脫氣精煉，將溶劑用氬氣吹入合金液中進(jìn)行精煉脫氣，精煉時間為20分鐘，氬氣壓力為0.1Mpa，攪拌速度為300rpm，攪拌溫度800℃，溶劑為氯化鉀、硝酸鎂、氯化鈉和硝酸鈣質(zhì)量比為5：10：1：0.2的混合物；

6)攪拌脫氣精煉結(jié)束后用螢石粉進(jìn)行打渣、撈渣，清理完成，降溫靜置10min，將溫度降至720℃；

7)將步驟6)所得物料中加入稀土，稀土用鐘罩加入，加入過程中鐘罩在合金液中以10cm/min的速度移動，直到稀土全部溶化進(jìn)合金液中；

8)將步驟7)所得的合金液升溫到800℃，然后通過流槽導(dǎo)入裝有30ppi氧化鋁陶瓷過濾器的過濾箱體內(nèi)，對合金液進(jìn)行在線過濾處理，過濾后的合金液經(jīng)過連鑄連軋機(jī)，軋制成鋁鈦硼碳鋯稀土細(xì)化劑。

所用原料為：1000kg99.7％鋁錠、250kg氟鈦酸鉀(Ti≥20％)、48kg氟硼酸鉀(B：8.5％)、6kg氟鋯酸鉀(Zr：31％)、1.2kg石墨增碳劑鉀、10kg氟鋯酸鉀、2kg石墨增碳劑(臨漳縣三能碳素有限公司，含碳量99％)、11kg混合稀土(鄭州智逸化工產(chǎn)品有限公司，稀土含量≥99％)；

所得產(chǎn)品通過顯微鏡高倍檢測：任意1cm²的縱截面中TiAl₃、Ti₂Al₂₀RE大致分布均勻彌散，平均尺寸<20μm，單個質(zhì)點最大尺寸<120μm，Al₃Zr≤20μm大致分布均勻，TiB2、TiC分布大致均勻彌散，平均尺寸≤2μm，Al₂O₃及鹽類附著物的長度總和<800μm；通過測氫儀檢測：含氫量控制在0.2ml/100gAl。

將上述產(chǎn)品對純鋁(20000μm)進(jìn)行細(xì)化，加入量為每噸純鋁0.5kg，5s便出現(xiàn)細(xì)化，12小時細(xì)化開始消失，10s后，99％以上的晶粒達(dá)到1級(180μm)。