專利名稱：一種鋁鈦硼中間合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁鈦硼中間合金的制備方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁合金由于具有優(yōu)良的性能，在實際生產(chǎn)和生活中的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金，變形鋁合金可分為熱處理強化和非熱處理強化變形鋁合金。鑄造鋁合金和非熱處理強化變形鋁合金要獲得優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，就必須得到細小均勻的等軸晶組織。鋁合金的晶粒細化手段主要有三種:(1)控制金屬凝固冷卻速度；
(2)機械物理細化法；(3)化學(xué)細化法，S卩加入晶粒細化劑。到目前為止最有效、最簡單的晶粒細化方法是向鋁熔體內(nèi)添 加細化劑。目前，鋁及其合金細化處理最高效、穩(wěn)定的細化劑是鋁鈦硼絲。用鋁鈦硼作為細化劑已成為鋁合金晶粒細化時最普遍和有效采用的工藝方法。到現(xiàn)在為止，鋁鈦硼絲出現(xiàn)了各種不同的成分含量，如AlTi5%Bl%、AlTi3%Bl%、AlTi5%B0.2%等。生產(chǎn)鋁鈦硼中間合金的方法主要有三種:電解法；鋁熱還原法；高溫自蔓延法。電解法(如專利88102506.2)是指將一定比例的工業(yè)硼化物和鈦化物加入到電解槽鋁熔體中，以鋁熔體為陰極的電解槽中析出Ti和B而形成中間合金。主要缺點是難以生產(chǎn)較高Ti和B含量的Al-T1-B中間合金，且T1: B比例隨時間的延長而降低，使成分難以控制。鋁熱還原法是在高溫的冰晶石-氧化鋁熔液中，加入比例的鋁、B2OdPTiO215鋁熱還原需要1000°C左右的的高溫，反應(yīng)時間一般為幾十分鐘。因此很顯然該方法的能耗高，生產(chǎn)效率低下。在此基礎(chǔ)上，有人(如專利93112079.9)通過B的堿金屬氟鹽及純鈦顆粒來代替B2O3和TiO2，但是純鈦的成本較高，也不是很理想。高溫自蔓延法是將Al、Ti粉和B粉混合在高溫下直接反應(yīng)合成中間合金，這樣不僅反應(yīng)溫度高，而且成本高昂。在此背景下，發(fā)明人欲提供一種設(shè)備簡單，成本低廉，細化效果顯著的鋁鈦硼中間合金的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種設(shè)備簡單、成本低廉的鋁鈦硼中間合金的制備方法。本發(fā)明主要是采用鋁和硫酸鈣的自蔓延反應(yīng)的熱量作為熱源，同時鋁和鈦的氧化物鋁熱反應(yīng)放熱并形成Ti，與B和多余的鋁粉形成鋁鈦硼中間合金。具體包括以下生產(chǎn)步驟:
采用原材料及質(zhì)量比為:A1 50-70%, CaSO4 25- 40%, TiO2 1-9,B 0.2-4%, CaF2 3-5% ；攪拌均勻；
將攪拌均勻的物料放置到石墨的反應(yīng)腔中，撒上點火劑，壓實點火；高溫下液態(tài)金屬由反應(yīng)腔下方的小孔流入成型模中，生成鋁鈦硼合金。上述反應(yīng)過程中反應(yīng)平穩(wěn)，合金成形良好。成型模可形成錠狀的鋁鈦硼合金，也可預(yù)制成棒狀的鋁鈦硼合金，以便后續(xù)加工。所述的點火劑為火藥或者鎂條。上述方案中，Al粉為工業(yè)級200目，其余原料均為分析純。本發(fā)明方法中，鋁和硫酸鈣作為主要熱源，鋁和氧化鈦作為輔助熱源，同時添加形成中間合金需要的多余的鋁粉和B粉。本發(fā)明方法無需外部熱源和大型生產(chǎn)設(shè)備(如電解槽和熔煉爐等)、設(shè)備簡單、成本低廉，制備的Al-T1-B中間合金細化效果顯著。本發(fā)明方法具有如下的有益效果:
1.方法和設(shè)備簡單，主要步驟為稱取原料、混料、裝料、點火，操作簡單；制備設(shè)備主要為裝料的石墨模具和成型模具，不需要熔煉爐等大型的設(shè)備。2.原料來源廣，成本低廉。該制備方法的成本主要為原料，不需要電力等能源的消耗，且原料來源廣泛，成本低廉。3.反應(yīng)平穩(wěn)，安全可控性好。采用鋁和硫酸鹽反應(yīng)作為補充能源，不僅使反應(yīng)具有充足的熱量，而該反應(yīng)平穩(wěn)，又不至于劇烈發(fā)生而產(chǎn)生危險。4.產(chǎn)品質(zhì)量好。高溫液態(tài)金屬從裝料模具中流入成型模，金渣強制分離；且鋁和硫酸鹽反應(yīng)生成的硫化物可作為造渣劑 ，幫助造渣，進一步加強了金渣分離，減少了雜質(zhì)的含量。


圖1為本發(fā)明實施例1的Al-T1-B中間合金的金相圖。圖2為本發(fā)明實施例1的Al-T1-B中間合金的能譜圖。
具體實施例方式實施例1
1.稱取原料:A1粉為工業(yè)級，硫酸鹽為無水硫酸鈣(CaSO4)，硫酸鹽不僅可以提供熱
量，同時具有造渣效果，TiO2和B粉為分析純，造渣劑選為CaF2 ;原料質(zhì)量百分比如下:
權(quán)利要求
1.一種鋁鈦硼中間合金的制備方法，其特征在于: 采用原材料及質(zhì)量比為:A1 50-70%, CaSO4 25- 40%, TiO2 1-9,B 0.2-4%, CaF2 3-5% ；攪拌均勻； 將攪拌均勻的物料放置到石墨的反應(yīng)腔中，撒上點火劑，壓實點火；高溫下液態(tài)金屬由反應(yīng)腔下方的小孔流入成型模中，生成鋁鈦硼合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的點火劑為火藥或者鎂條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，原材料中，Al粉為工業(yè)級200目，其余原料均為分 析純。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁鈦硼中間合金的制備方法。采用原材料及質(zhì)量比為Al50―70%，CaSO425―40%，TiO21-9，B0.2-4%，CaF23-5%；攪拌均勻；將攪拌均勻的物料放置到石墨的反應(yīng)腔中，撒上點火劑，壓實點火；高溫下液態(tài)金屬由反應(yīng)腔下方的小孔流入成型模中，生成鋁鈦硼合金。本發(fā)明應(yīng)用鋁和硫酸鈣、鋁和氧化鈦的鋁熱反應(yīng)，鋁熱反應(yīng)產(chǎn)物Ti和原料中多余的Al粉和B粉形成了鋁鈦硼的合金。由于不需要電解槽和熔煉爐等大型設(shè)備和外部能源等，大幅降低了生產(chǎn)的成本，縮短了工藝時間，得到了優(yōu)質(zhì)的鋁鈦硼中間合金細化劑。
文檔編號C22C1/03GK103146941SQ20131010427
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者張國棟, 胡玉華, 楊輝, 張建強 申請人:武漢大學(xué)