專利名稱：一種鋁-硼-碳-氮中間合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬金屬材料領域，特別涉及一種用于細化鎂及鎂合金晶粒的鋁-硼-碳-氮 中間合金及其制備方法。
背景技術：
鎂及其合金具有密度小、比強度和比剛度高等優(yōu)點，在需要輕量化及節(jié)能減排的 交通運輸、航空航天等領域得到越來越廣泛的應用，成為繼鋼鐵和鋁合金之后的第三大金 屬材料。但是，由于鎂的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方，其滑移系較少，這導致它的塑性變形能力很 差，從而在很大程度上限制了鎂合金的應用。研究發(fā)現(xiàn)，細小的等軸晶?？梢愿纳奇V合金的 塑性變形能力，同時以細晶強化的方式提高其強度。因此晶粒細化對于鎂合金的發(fā)展具有 非常重要的作用。鎂合金按照是否含有鋁元素分為兩大類，即含鋁的鎂合金與不含鋁的鎂合金。對 于不含鋁的鎂合金，加入鋯即能顯著細化其晶粒；對于含鋁的鎂合金，自從20世紀30年代 開始，人們逐漸提出了一些針對該類合金的晶粒細化方法，主要有包括過熱處理法、無水 氯化鐵法、加碳法(如石墨粉、碳化物、碳酸鹽、六氯乙烷等)、加入形核顆粒(A14C3、TiB2, A1N、AlB2等)和溶質(zhì)元素(Ca、Sr、Ti、Sm、Ce、La、Y等)法。但是以上方法都存在一些缺 點，如過熱處理法使合金的氧化加劇，無水氯化鐵法降低合金的耐蝕性，加碳法晶粒細化效 果不穩(wěn)定，等等。申請?zhí)枮?00810049548. X中國專利報道了一種鎂合金用含氮細化劑的 制備方法，即通過向鋁鎂熔體中加入一定量的Mg3N2粉末從而原位生成鎂的異質(zhì)形核襯底 AlN0但由于Mg3N2粉末為外加，使之加入困難且分散不均勻，從而影響細化效果。申請?zhí)枮?200910060406. 8的中國專利報道了一種鎂及鎂合金晶粒細化劑Mg-TiB2的制備方法，即將 鈦粉、硼粉和鎂粉干混、壓塊、烘干后燒結(jié)得到。但該方法制備工藝復雜，制備周期較長，且 原材料成本較高。因此，找到一種無污染、細化效果顯著且穩(wěn)定、適合工業(yè)化生產(chǎn)的含鋁的 鎂合金晶粒細化劑具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種能有效細化鎂及鎂合金晶粒的 鋁-硼-碳-氮中間合金，同時提供一種生產(chǎn)成本低、工藝簡便、適合工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法。本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的一種鋁_硼-碳_氮中間合金，包含鋁、硼、碳元素，其特征是它還含有氮元素，各 組分的質(zhì)量百分比為鋁94. 00-99. 00，硼0. 10-4. 00，碳0. 10-2. 00，氮0. 01-0. 50 ；隨成分 變化，該中間合金中含有彌散分布的微米級々1系(414(34182粒子；微量氮元素摻雜到這些 粒子中，此外還生成少量AlN粒子。這些粒子均可作為鎂的良好異質(zhì)形核襯底。上述鋁-硼-碳-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10% -80%的鋁-硼中間合金、
310%-20%的鋁-碳中間合金、經(jīng)干燥處理過的純氮氣以及純鋁；其中所用鋁-硼中間合金 中硼的質(zhì)量百分含量為_5%，所用鋁-碳中間合金中碳的質(zhì)量百分含量為-10% ；(2)將純鋁置于中頻爐中熔化并加熱至1000-1200°C，依次加入經(jīng)過預熱的鋁-硼 和鋁-碳中間合金，此過程中持續(xù)向鋁液中吹入氮氣，在1200-1400°C下保溫并攪拌2-30分 鐘后澆注成錠或制成線材。用該方法制備的鋁-硼-碳-氮中間合金的質(zhì)量百分比為鋁94. 00-99. 00，硼 0. 10-4. 00，碳 0. 10-2. 00，氮 0. 01-0. 50。在利用本發(fā)明的方法制備的鋁-硼-碳-氮中間合金中發(fā)現(xiàn)一種新的鎂的異質(zhì)形 核襯底 Al3BC (a = 0. 3491nm, c = 1. 154nm)，其與 α -Mg (a = 0. 3209nm, c = 0. 522lnm)具 有相同的晶體結(jié)構(gòu)和相近的晶格常數(shù)。同時，該中間合金中含有的不是簡單的A13BC、A14C3、 AlB2粒子，而是形成了 Al3 (B, C，N)、Al4 (C，N) 3、Al (B, N) 2粒子。與原來的粒子相比，氮元素 的摻雜改善了粒子性質(zhì)使其更容易作為鎂的異質(zhì)形核襯底。此外，各種粒子都是在熔體中 通過原位反應生成的，且反應過程中存在交互作用，使其在基體上分布均勻，這都提高了中 間合金的晶粒細化效率。細化試驗表明，該鋁_硼-碳-氮中間合金具有良好的晶粒細化 效果。將中間合金加入到鎂合金熔體中后，其中所含有的大量粒子在合金凝固時就可作為 鎂的異質(zhì)形核襯底，從而達到高效細化鎂合金晶粒的目的。因該中間合金為錠狀或線材，所 以加入量易于控制，且操作簡便、細化效果穩(wěn)定、制備工藝簡單，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)量百分比準備好所需原料26. 7%的鋁-硼中間合金、12%的 鋁-碳中間合金、經(jīng)干燥處理過的純氮氣以及純鋁；其中所用鋁-硼中間合金中硼的質(zhì)量百 分含量為3%，所用鋁-碳中間合金中碳的質(zhì)量百分含量為5%。(2)將純鋁置于中頻爐中熔化并加熱至1000°C，依次加入經(jīng)過預熱的鋁-硼和 鋁_碳中間合金，此過程中持續(xù)向鋁液中吹入氮氣，在1200°C下保溫并攪拌2-30分鐘后澆 注成錠或制成線材。按照上述配比和工藝制備的鋁-硼-碳-氮中間合金，其化學成分的質(zhì)量百分比 組成為M 0. 80，碳0.60,M 0. 01-0. 03，余量為鋁。實施例2(1)首先按以下質(zhì)量百分比準備好所需原料30%的鋁-硼中間合金、15%的 鋁-碳中間合金、經(jīng)干燥處理過的純氮氣以及純鋁；其中所用鋁-硼中間合金中硼的質(zhì)量百 分含量為1 %，所用鋁-碳中間合金中碳的質(zhì)量百分含量為8%。(2)將純鋁置于中頻爐中熔化并加熱至1200°C，依次加入經(jīng)過預熱的鋁-硼和鋁-碳中間合金，此過程中持續(xù)向鋁液中吹入氮氣，在1350°C下保溫并攪拌2-30 分鐘后澆注成錠或制成線材。按照上述配比和工藝制備的鋁-硼-碳-氮中間合金，其化學成分的質(zhì)量百分比 組成為硼0. 30，碳1.20，氮0. 08-0. 10，余量為鋁。實施例3
(1)首先按以下質(zhì)量百分比準備好所需原料60%的鋁-硼中間合金、10%的 鋁-碳中間合金、經(jīng)干燥處理過的純氮氣以及純鋁；其中所用鋁-硼中間合金中硼的質(zhì)量百 分含量為5%，所用鋁-碳中間合金中碳的質(zhì)量百分含量為5%。(2)將純鋁置于中頻爐中熔化并加熱至1100°C，依次加入經(jīng)過預熱的鋁-硼和 鋁_碳中間合金，此過程中持續(xù)向鋁液中吹入氮氣，在1250°C下保溫并攪拌2-30分鐘后澆 注成錠或制成線材。按照上述配比和工藝制備的鋁_硼_碳_氮中間合金，其化學成分的質(zhì)量百分比 組成為M 3. 00，碳0. 50,M 0. 05-0. 07，余量為鋁。
權利要求
一種鋁 硼 碳 氮中間合金，包含鋁、硼、碳元素，其特征是它還含有氮元素，各組分的質(zhì)量百分比為鋁94.00％ 99.00％，硼0.10％ 4.00％，碳0.10％ 2.00％，氮0.01％ 0.50％。
2.—種鋁-硼-碳-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10%-80%的鋁-硼中間合金、 10% -20%的鋁-碳中間合金、經(jīng)干燥處理過的純氮氣以及純鋁；(2)將純鋁置于中頻爐中熔化并加熱至1000-120(TC，依次加入經(jīng)過預熱的鋁-硼和 鋁-碳中間合金，此過程中持續(xù)向鋁液中吹入氮氣，在1200-1400°C下保溫并攪拌2-30分鐘 后澆注成錠或制成線材。
3.根據(jù)權利要求2所述鋁-硼-碳-氮中間合金的制備方法，其特征是步驟(1)中所 用鋁-硼中間合金中硼的質(zhì)量百分含量為_5%，所用鋁_碳中間合金中碳的質(zhì)量百分 含量為_10%。
全文摘要
本發(fā)明屬金屬材料領域，涉及一種用于細化鎂及鎂合金的鋁-硼-碳-氮中間合金及其制備方法。本發(fā)明鋁-硼-碳-氮中間合金，包含鋁、硼、碳元素，其特征是它還含有氮元素，各組分的質(zhì)量百分比為鋁94.00％-99.00％，硼0.10％-4.00％，碳0.10％-2.00％，氮0.01％-0.50％。鋁-硼-碳-氮中間合金的制備方法是首先將純鋁置于中頻爐中熔化并加熱至1000-1200℃，然后依次加入經(jīng)過預熱的鋁-硼和鋁-碳中間合金，此過程中持續(xù)向鋁液中吹入經(jīng)干燥處理過的純氮氣，在1200-1400℃下保溫并攪拌2-30分鐘后澆注成錠或制成線材。所制備的鋁-硼-碳-氮中間合金對鎂及鎂合金具有明顯的晶粒細化效果。
文檔編號C22C1/03GK101928862SQ20101026615
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權日2010年8月30日
發(fā)明者丁海民, 劉相法, 韓廣, 馬國龍 申請人:山東大學