專利名稱：一種鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種用于細化鋁及鋁合金晶粒的鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前鋁合金的晶粒細化主要是采用添加中間合金的方法。自上世紀四十年代 Cibula發(fā)現(xiàn)TiC及TiB2是鋁的有效形核核心以來，鋁-鈦-硼和鋁-鈦-碳中間合金 的研究都取得了較大的進展，尤其是鋁-鈦-硼中間合金已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化的生 產(chǎn)，廣泛地用于鋁及鋁合金的細化處理。但是，由于鋁-鈦-硼中間合金中的硬質(zhì) 粒子TiB2存在嚴重的聚集傾向，特別是在鋁箔材生產(chǎn)的過程中，這些尺寸較大 的硬質(zhì)粒子不僅在軋輥的表面產(chǎn)生劃痕影響了設(shè)備的使用壽命，而且在鋁箔表面 造成針孔、裂紋等缺陷，降低了生產(chǎn)率，提高了生產(chǎn)成本。而由于碳與鋁之間的 潤濕性極差，合金化困難，鋁-鈦-碳的發(fā)展比較緩慢。直到1985年，Banerji和 Reif等學者才制備出了含有足量的TiC粒子且細化效果較好的鋁-鈦-碳中間合 金。雖然鋁-鈦-碳中間合金中的TiC粒子不存在嚴重聚集問題，但是其形核粒子 TiC不穩(wěn)定，存在"自身中毒"現(xiàn)象，在鋁熔體中容易與鋁發(fā)生反應形成AUC3，因 此細化效果衰退比較快。于是，研究學者希望能制備出一種新型的中間合金，它 能克服鋁-鈦-碳和鋁-鈦-硼兩類中間合金的缺點，并能綜合它們的優(yōu)點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對鋁及鋁合金具有較 好細化效果，且生產(chǎn)成本低、適合工業(yè)化生產(chǎn)的鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金及其制 備方法。
本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的
一種鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金，包含鋁、鈦、碳、硼元素，其特征是它還含
有氮元素，各組分的質(zhì)量百分比為鋁89.00-97.00，鈦1.00-10.00，碳0.02-1.00， 硼0.02-1.00,氮0.01-0.20;該中間合金中含有彌散的微米級和亞微米級的Tid-xNx 禾口TiB2-yNy (x<l， y<2)粒子，這兩種粒子相間分布，大小粒子有機組合，并 且在Tid.xNx粒子中還含有微量硼；此外，組織中還含有一定量的TiAl3相，起
形核輔助作用。
上述鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金的制備方法，其特征是包括以下步驟
(1) 首先按以下質(zhì)量百分比(Wt.%)準備所需原料1.00%-10.00%的鋁-碳
二元中間合金、1.00%-20.00%的鋁-硼二元中間合金、1.00%-10.00%純 鈦，余為純鋁，以及高純氮氣；其中所用鋁-碳中間合金中碳的質(zhì)量百 分含量為1.00%-10.00%，所用鋁-硼中間合金中硼的質(zhì)量百分含量為 1.00%-5.00%。
(2) 將稱好的純鈦置于真空燒結(jié)爐中，密封抽真空，吹入氮氣，通過流量 計控制其流量，升溫至700-90(TC，在氮氣氣氛下滲氮處理0.5-15小時 后，取出備用。
(3) 將配好的純鋁、鋁-硼和鋁-碳中間合金一起置于中頻爐中熔化至 1000-1300°C，加入滲氮處理過的鈦，保溫并機械攪拌2-30分鐘后澆注 成錠或制成線材。
用該方法制備的鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金的組成為
成分 質(zhì)量百分含量
鋁(Al) 89.00-97.00
鈦(Ti) 1.00-10,00
碳(C) 0.02-1.00
硼(B) 0.02-1.00
氮(N) 0.01-0.20
利用本發(fā)明的方法制備出的鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金中的粒子已經(jīng)不是簡單 的TiC和TiB2粒子機械混合，利用滲氮處理的鈦進行反應，形成了含有微量氮 (N)的TiCxN^和TiB2—yNy (x<l， y<2)粒子，相比TiC (a=0.433nm)，含有N 的TiCxNk晶格尺寸變小與a-Al的(aK).405nm)更接近，更容易作為其形核襯 底；同時TiCxN"的存在改善了TiB2.yNy粒子的聚集，而且兩種粒手在形成的過 程中產(chǎn)生了交互作用，在基體上相間分布，形成的大小粒子有機組合，在TiCxN^ 粒子中還含有微量的硼(B)。細化試驗表明，具有這種顯微組織的鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金對鋁合金具有良好的細化效果和強的抗衰退性能。為保證TiCxN,.x 和TiB2-yNy粒子能夠在鋁熔體中同步生成，促使兩種粒子之間產(chǎn)生交互作用，形 成良好的有機組合，有利于兩種形核襯底的共同作用，將經(jīng)滲氮處理的鈦加入到
一定溫度的含有鋁-碳中間合金與鋁-硼中間合金的熔體中，從而促使TiCxNi-x和TiB2-yNy同步形成，由于兩者同時反應放熱較多，反而也促進了碳(C)的吸收，反應較完全；制備的鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金的具有良好的細化效果和強的抗衰退性能，適合大規(guī)模生產(chǎn)和應用。
具體實施例方式
下面給出本發(fā)明的三個最佳實施例 實施例1
(1) 首先按以下質(zhì)量百分比準備原料7.50%的鋁-碳二元中間合金、 15.00%的鋁-硼二元中間合金、3.00%純鈦，余為純鋁，高純氮氣。 其中所用鋁-碳中間合金中碳的質(zhì)量百分含量為2.00%,所用鋁-硼 中間合金中硼的質(zhì)量百分含量為1.00%。
(2) 將稱好的純鈦置于真空燒結(jié)爐中，密封抽真空，吹入氮氣，通過流 量計控制其流量，升溫至850.C,在氮氣氣氛中進行滲氮處理1.5 小時后，取出備用。
(3) 將配好的純鋁、鋁-硼和鋁-碳中間合金一起置于中頻爐中熔化至 1100.C，加入滲氮處理過，保溫并機械攪拌15分鐘，澆注成錠或 制成線材。
所制備鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金的組成為
成分 質(zhì)量百分含量
鋁(Al) 96.69
鈦(Ti) 3.00
碳(C) 0.15
硼(B) 0.15
氮(N) 0.0卜0.015
實施例2
(1)首先按以下質(zhì)量百分比準備原料6.00%的鋁-碳二元中間合金、
6.67%的鋁-硼二元中間合金、5.00%的純鈦，余為純鋁，以及高純 氮氣。其中所用鋁-碳中間合金中碳的質(zhì)量百分含量為5.00%，所用 的鋁-硼中間合金的質(zhì)量百分含量為3.00%。
(2)將稱好的純鈦置于真空燒結(jié)爐中，密封抽真空，吹入氮氣，通過流
實施例3
(1)
量計控制其流量，升溫至90(TC,在氮氣氣氛中進行滲氮處理5小 時，然后取出備用。
(3)將配好的純鋁、鋁-硼和鋁-碳中間合金一起置于中頻爐中熔化至 1200°C，加入滲氮處理過的鈦，保溫并機械攪拌20分鐘，澆注成 錠或制成線材。
所制備鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金的組成為
成分 質(zhì)量百分含量
鋁(Al) 94.48
鈦(Ti) 5.00
碳(C) 0.30
硼(B) 0.20
氮(N) 0.02-0,025
首先按以下質(zhì)量百分比準備原料10.00%的鋁-碳二元中間合金、
20.00%的鋁-硼二元中間合金、9.00%的純鈦，余為純鋁，以及高純 氮氣。其中所用鋁-碳中間合金中碳的質(zhì)量百分含量為10.00%，所 用鋁-硼中間合金中硼的質(zhì)量百分含量為5.00%。
(2) 將稱好的純鈦置于真空燒結(jié)爐中，密封抽真空，吹入氮氣，通過流 量計控制其流量，升溫至90(TC，在氮氣氣氛中進行滲氮處理10 小時，然后取出備用。
(3) 將將配好的純鋁、鋁-硼和鋁-碳中間合金一起置于中頻爐中熔化至 1250°C，加入滲氮處理過的鈦，保溫并機械攪拌30分鐘，澆注成 錠或制成線材。
所制備鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金的組成為
成分
鋁(Al) 鈦(Ti) 碳(C) 硼(B) 氮(N)
質(zhì)量百分含量 88.96 9.00 1.00 1.00
0.04-0.0權(quán)利要求
1.一種鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金，包含鋁、鈦、碳、硼元素，其特征是它還含有氮元素，各組分的質(zhì)量百分比為鋁89.00％-97.00％，鈦1.00％-10.00％，碳0.02％-1.00％，硼0.02％-1.00％，氮0.01％-0.20％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金的制備方法，其特征是包括以下步驟(1) 首先按以下質(zhì)量百分比準備好所需原料1.00%-10.00%的鋁-碳二元中間合金、1.00%-20.00%的鋁-硼二元中間合金、1.00%-10.00%純鈦，余 為純鋁，以及高純氮氣；其中所用鋁-碳中間合金中碳的質(zhì)量百分含量 為1.00%-10.00%,所用鋁-硼中間合金中硼的質(zhì)量百分含量為 1.00%-5.00%j(2) 將稱好的純鈦置于真空燒結(jié)爐中，密封抽真空，吹入氮氣，通過流量 計控制其流量，升溫至700-90(TC，在氮氣氣氛下滲氮處理0.5-15小時 后，取出備用；(3) 將配好的純鋁、鋁-硼和鋁-碳中間合金一起置于中頻爐中熔化至 1000-1300°C，加入滲氮處理過的鈦，保溫并機械攪拌2-30分鐘后澆注 成錠或制成線材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于細化鋁及鋁合金的鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金及其制備方法。其特征是各組分的質(zhì)量百分比為鋁89.00-97.00，鈦1.00-10.00，碳0.02-1.00，硼0.02-1.00，氮0.01-0.20；其中含有彌散的微米級和亞微米級的TiC<sub>1-x</sub>N<sub>x</sub>和TiB<sub>2-y</sub>N<sub>y</sub>(x＜1，y＜2)粒子。制備方法是首先在感應爐中將純鋁、鋁-碳和鋁-硼中間合金熔化并升溫至1000-1300℃，然后加入經(jīng)滲氮處理的鈦，保溫并機械攪拌2-30分鐘后，澆注成錠或制成線材。所制備的鋁-鈦-碳-硼-氮中間合金細化效果優(yōu)于目前較好的鋁-鈦-碳和鋁-鈦-硼中間合金，且有強的抗衰退能力。
文檔編號C22C21/00GK101358308SQ20081013985
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者丁海民, 劉相法, 聶金鳳, 馬曉光 申請人:山東大學