一種制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法
【專利摘要】一種制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法，包括如下步驟：(1)將鋁錠、氧化鈧、堿金屬氟化物和堿金屬氯化物按質量比為10:0.5～1.8:0.5～1.0:1.5～3.0的比例在中頻感應爐中加熱至780℃～860℃制備出鈧含量為2～10wt.％的鋁鈧中間合金熔體；(2)將鋁鈧中間合金熔體澆鑄成直徑為Ф150mm～Ф200的柱狀鋁鈧中間合金錠；(3)將柱狀鋁鈧中間合金錠擠壓成直徑為Ф30mm～Ф100的棒狀坯料；(4)將該棒狀坯料進行等通道轉角擠壓加工，每次擠壓后，將坯料順時針或逆時針旋轉0°～180°再進行下一道次擠壓，共進行1～5道次，擠壓速度為1～30mm/s。最終得到顆粒細小，分布均勻彌散的鋁鈧中間合金，合金中Al3Sc顆粒粒徑平均小于20um。
【專利說明】
一種制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁鈧中間合金的制備方法，具體是指一種制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法。
【背景技術】
[0002]目前，含鈧鋁合金已受到國內外眾多學者與研究機構的關注，并且國內也對5000系與7000系鋁合金中添加鈧元素進行了深入與廣泛地研究，鈧被認為是鋁合金非常有效的合金元素，添加少量鈧便能全面提升鋁合金綜合力學性能，低溫與高溫力學性能，焊接與耐蝕性，還能獲得天然的超塑性。由于其優(yōu)異的綜合性能，含鈧鋁合金在航空航天、艦船、國防、功能薄膜等領域受到廣泛關注。金屬鈧熔點較高，為1541°C，故鈧元素只能以中間合金的形式加入鋁合金，在各種含鈧鋁合金中，鈧的添加量一般在0.1?0.5wt.%之間。
[0003]中國專利200410046915公開了一種鋁熱還原制備鋁鈧合金的方法，用氧化鈧與鋁錠為原料，氟化氫銨為氟化劑，氟化鈉為助熔劑，堿金屬氯化物為熔劑的制備鋁鈧中間合金的方法。中國專利201480012899.7公開了一種鋁-鈧合金的生產，用鋁和氯化鈧為原料，在真空或保護氣氛條件下制備鋁鈧中間合金的工藝。
[0004]單純使用熔鑄法生產的鋁鈧中間合金存在初生Al3Sc顆粒較粗大，粒度分布較分散的特點。粗大Al3Sc顆粒在后續(xù)的鋁合金熔煉過程中難以完全溶解，這降低了鋁鈧中間合金的實際使用性能。若提高鋁合金熔煉溫度與延長熔煉時間，則會造成低熔點元素的燒損與工藝成本的提高。隨著技術的發(fā)展，尤其是航天航空、國防等高技術領域對鋁鈧中間合金的質量要求日益提高，特別是對鋁鈧中間合金化學成分均勻性以及其中Al3Sc顆粒大小與形態(tài)也有了嚴格要求。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目是提供一種制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法，能夠制備出成分均勻、Al3Sc顆粒細小，粒度分布狹窄的高端鋁鈧中間合金，使其具有熔煉溫度較低，溶解速度較快，組織優(yōu)良等特點，滿足未來鋁合金新材料的發(fā)展要求。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:一種制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法，包括如下步驟:
[0007](I)將鋁錠、氧化鈧、堿金屬氟化物和堿金屬氯化物按質量比為10:0.5?1.8:0.5?1.0: 1.5?3.0的比例在中頻感應爐中加熱至7800C?860 V制備出鈧含量為2?1wt.%的鋁鈧中間合金熔體；
[0008](2)將鋁鈧中間合金熔體溫度降至700 °C?750 °C之間，澆鑄成直徑為Φ 150mm?Φ200的柱狀鋁鈧中間合金錠；
[0009](3)將柱狀鋁鈧中間合金錠擠壓成直徑為Φ 20mm?Φ 100的棒狀坯料；
[0010](4)將該棒狀坯料進行等通道轉角擠壓加工，擠壓速度為I?30mm/s。
[0011]每次擠壓后，將坯料順時針或逆時針旋轉0°?180°再進行下一道次擠壓，共進行I?5道次。
[0012]所述等通道轉角擠壓加工的轉角角度為90°?135°。
[0013]除另有說明外，本發(fā)明所述的百分比均為質量百分比，各組分含量百分數之和為100%。
[0014]鈧元素加入到鋁合金中所起到的主要作用機理是:
[0015](I)有強烈的細化鋁合金晶粒效果，是非常優(yōu)秀的鋁合金晶粒細化劑；
[0016](2)鋁基體中的過飽和鈧元素在時效處理中顯示出強烈的力學性能強化效果；
[0017](3)鈧元素(Sc)與鋁形成的Al3Sc顆粒細小均勻彌散地分布在鋁合金基體上，有抑制再結晶的效果，提高鋁合金再結晶溫度；
[0018](4)鈧元素能夠提升鋁合金的耐腐蝕性能，特別是耐應力腐蝕性能；
[0019](5)鈧元素能夠增強鋁合金的焊接性能，提高焊接接頭強度。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]1、利用等通道轉角擠壓技術所提供的強烈剪切應變，達到較大程度細化鋁鈧中間合金中Al3Sc顆粒的目的。
[0022]2、處理的鋁鈧中間合金，平均Al3Sc顆粒等效直徑小于20um。
[0023]3、所述的制備細小、均勻Al3Sc顆粒的鋁鈧中間合金加工方法，適用于鈧的質量分數為2?10%的鋁鈧中間合金。
[0024]4、方法簡單、易于操作的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0025]圖1是實例I制得鈧含量質量百分數為2%的鋁鈧中間合金顯微組織。
[0026]圖2是實例3所進行的等通道轉角擠壓工藝過程示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步說明。
[0028]本發(fā)明所述的制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法，包括如下步驟:
[0029](I)備料:按欲制得的目標合金中的鈧含量來備料，原料有鋁錠、氧化鈧、堿金屬氟化物與堿金屬氯化物，各原料均在150 °C下干燥3小時；
[0030](2)將鋁錠、氧化鈧、堿金屬氟化物和堿金屬氯化物按質量比為10:0.5?1.8:0.5?1.0:1.5?3.0的比例投料；
[0031](3)熔煉:將鋁錠放入中頻感應爐，通電進行加熱，待鋁錠融化并達到780°C?860°C溫度區(qū)間后將氧化鈧、堿金屬氟化物和堿金屬氯化物投入進行反應，反應期間使用高純石墨攪拌槳對熔體進行攪拌，反應時間為1.5?3小時，得到鈧含量為2?1wt.%的鋁鈧中間合金熔體，
[0032](4)反應結束，扒渣，將鋁鈧中間合金熔體溫度降至700 °C?7 50 °C之間；
[0033](5)將鋁鈧中間合金熔體澆鑄成直徑為Φ 150_?Φ 200的柱狀鋁鈧中間合金錠；
[0034](6)將柱狀鋁鈧中間合金錠擠壓成直徑為Φ 20mm?Φ 100的鋁鈧中間合金棒狀坯料；
[0035](7)將經擠壓制得的鋁鈧中間合金棒狀坯料外表面與等通道轉角擠壓模具內表面均勻涂抹潤滑劑，于等通道轉角擠壓模具內進行擠壓，每次擠壓后，將坯料順時針或逆時針旋轉0°?180°，再進行下一道次擠壓，共進行I?5道次，擠壓速度I?30mm/s。
[0036]實施例1
[0037]按本發(fā)明所述的制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法，熔煉并于金屬鑄模中鑄造得到鈧含量為2^%鋁鈧中間合金圓棒錠坯，然后將該圓棒錠坯擠壓成Φ80mm的圓棒，再切割成100mm坯料，將所得的圓棒坯料置于等通道轉角擠壓模具中進行擠壓，擠壓模具通道轉角位120°，擠壓速度15mm/s，共擠壓2道次，每道次間將坯料旋轉90°。所得加工后的試樣進行金相檢測分析，Al3Sc顆粒較均勻分布，平均Al3Sc顆粒等效直徑為13um0
[0038]實施例2
[0039]按本發(fā)明所述的制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法，熔煉并于金屬鑄模中鑄造得到鈧含量為5wt.%鋁鈧中間合金圓棒錠坯，然后擠壓成Φ 40mm的圓棒，再切割成1200mm還料，將所得的圓棒坯料置于等通道轉角擠壓模具中進行擠壓，擠壓模具通道轉角位100°，擠壓速度8mm/s，共擠壓4道次，每道次間將坯料旋轉180°。所得加工后的試樣進行金相檢測分析，AhSc顆粒較均勾分布，平均AhSc顆粒等效直徑為18um。
[0040]實施例3
[0041]按本發(fā)明所述的制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法，熔煉并于金屬鑄模中鑄造得到鈧含量為1wt.%鋁鈧中間合金圓棒錠坯，然后擠壓成Φ 20mm圓棒，再切割成800mm還料，將所得的圓棒坯料置于等通道轉角擠壓模具中進行擠壓，擠壓模具通道轉角位90°，擠壓速度20mm/s，共擠壓5道次，每道次間將坯料旋轉90°。所得加工后的試樣進行金相檢測分析，AhSc顆粒較均勾分布，平均AhSc顆粒等效直徑為9um。
【主權項】
1.一種制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將鋁錠、氧化鈧、堿金屬氟化物和堿金屬氯化物按質量比為10: 0.5?1.8:0.5?1.0: 1.5?3.0的比例在中頻感應爐中加熱至780 °C?860 °C制備出鈧含量為2?1wt.%的鋁鈧中間合金熔體； (2)將鋁鈧中間合金熔體溫度降至700°C?750°C之間，澆鑄成直徑為Φ150πιπι?Φ200的柱狀鋁鈧中間合金錠； (3)將柱狀鋁鈧中間合金錠擠壓成直徑為Φ20mm?Φ 100的棒狀坯料； (4)將該棒狀坯料進行等通道轉角擠壓加工，擠壓速度為I?30mm/s。2.根據權利要求1所述的制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法，其特征在于，每次等通道轉角擠壓后，將坯料順時針或逆時針旋轉0°?180°再進行下一道次擠壓，共進行I?5道次。3.根據權利要求1所述的制備具有細小金屬間化合物顆粒鋁鈧中間合金的方法，其特征在于，所述等通道轉角擠壓加工的轉角角度為90°?135°。
【文檔編號】C22C21/00GK105886850SQ201610463339
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】甘培原, 周民, 羅彩艷, 滿露梅, 謝營邦, 詹海鴻, 何航軍, 羅思強, 羅朝巍, 李伯驥, 張建飛, 鄧鴻華
【申請人】廣西冶金研究院有限公司