本發(fā)明涉及一種鋁及其合金領域的晶粒細化劑及其制備方法，具體是一種Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑及其制備方法。

背景技術：

晶粒尺寸和形態(tài)是鋁及其合金鑄態(tài)組織的重要特征，由細小均勻等軸晶粒構成的鑄態(tài)組織，整體呈各向同性，并且具有高強、高塑韌的優(yōu)良綜合力學性能，以及良好的后續(xù)變形加工工藝性能。鋁及其合金在成為最終產品前都需要經歷凝固過程，而凝固組織是母態(tài)，從本質上影響其后續(xù)加工性能和最終使用性能，因此控制鑄錠組織十分重要，而如何熔鑄出細小的等軸晶粒一直是鑄造行業(yè)追求的目標之一。

目前，向熔體中添加Al－Ti－B晶粒細化劑，因其工藝簡單方便、晶粒細化效果優(yōu)異，在鋁及其合金鑄態(tài)組織微細化處理工業(yè)生產中被廣泛應用。其產生晶粒細化的主要原因為細化劑中存在優(yōu)異形核基底TiB₂，且富余的溶質Ti對Al的晶粒長大具有顯著的抑制作用。但對于含有Zr、Cr等元素的鋁合金，添加Al－Ti－B晶粒細化劑進行晶粒細化時，存在“中毒”現(xiàn)象，細化效果明顯衰減，這一問題長期以來一直困擾著鋁加工行業(yè)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服Al－Ti－B晶粒細化劑現(xiàn)有的上述不足和缺陷，通過添加第四組元Fe，利用Fe與TiB₂間的交互作用，提供一種鋁及其合金用Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑及其制備方法。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種鋁及其合金用Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑，包括如下各重量含量的組分：1.00－8.00％Ti，0.50－1.50％B，0.05－1.00％Fe，余量為Al。

優(yōu)選地，所述Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑中，Ti重量百分含量為3.00－6.00％，在該條件下可以更好的提高本發(fā)明晶粒細化劑的細化性能。

優(yōu)選地，所述Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑中，B重量百分含量為0.70－1.20％，在該條件下可以更好的提高本發(fā)明晶粒細化劑的細化性能。

優(yōu)選地，所述Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑中，F(xiàn)e重量百分含量為0.20－0.50％，在該條件下可以更好的提高本發(fā)明晶粒細化劑的細化性能。

更優(yōu)選地，所述Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑中，Ti重量百分含量為3.00－6.00％，B重量百分含量為0.70－1.20％，F(xiàn)e重量百分含量為0.20－0.50％。

根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種上述鋁及其合金用Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑的制備方法，步驟如下：

(1)按照生成重量百分比為：1.00－8.00％Ti，0.50－1.50％B，0.05－1.00％Fe，其余Al的量，分別稱取氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、工業(yè)純鐵及工業(yè)純鋁，并將氟鈦酸鉀與氟硼酸鉀均勻混合；

(2)升溫熔化所稱取的工業(yè)純鋁與工業(yè)純鐵，使工業(yè)純鐵充分熔解入鋁熔體；

優(yōu)選地，所述升溫熔化所稱取的工業(yè)純鋁與工業(yè)純鐵，是指：升溫至750－850℃先將所稱取的工業(yè)純鋁在電阻爐中熔化，然后加入所稱取的工業(yè)純鐵，保溫一段時間，使工業(yè)純鐵充分熔解入鋁熔體。

更優(yōu)選地，所述保溫，時間為15－60分鐘。

(3)利用石墨鐘罩將步驟(1)中配制好的氟鈦酸鉀與氟硼酸鉀混合粉末壓入步驟(2)鋁熔體中，并對熔體進行機械攪拌；

優(yōu)選地，所述對熔體進行機械攪拌時間為15－60分鐘。

(4)使熔體自然冷卻，得到Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑；

優(yōu)選地，所述使熔體自然冷卻，在冷卻至700－720℃時，澆鑄成錠狀Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的創(chuàng)新之處為在Al－Ti－B三元系中，添加第四組元Fe，利用Fe與TiB₂粒子間的交互作用，解決鋁合金中Zr、Cr等元素引起的Al－Ti－B晶粒細化劑中毒問題；對Al-Zr合金經過本發(fā)明方法所制備Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑對Al-Zr合金的晶粒細化效果明顯優(yōu)于現(xiàn)有Al－Ti－B晶粒細化劑。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1未經細化的Al－0.20％Zr合金金相宏觀晶粒組織；

圖2添加0.20％重量百分比Al－5Ti－1B細化后的Al－0.20％Zr合金金相宏觀晶粒組織；

圖3添加實施例4所制備0.20％重量百分比Al－Ti－B－Fe細化后的Al－0.20％Zr合金金相宏觀晶粒組織。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

實施例

以下實施例1-7按照如下步驟進行實施：

(1)按照生成重量百分比為：1.00－8.00％Ti，0.50－1.50％B，0.05－1.00％Fe，其余Al的量，分別稱取氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、工業(yè)純鐵及工業(yè)純鋁，并將氟鈦酸鉀與氟硼酸鉀均勻混合；

(2)升溫至750－850℃先將所稱取的工業(yè)純鋁在電阻爐中熔化，然后加入所稱取的工業(yè)純鐵，保溫15－60分鐘，使工業(yè)純鐵充分熔解入鋁熔體；

(3)利用石墨鐘罩配制好的氟鈦酸鉀與氟硼酸鉀混合粉末壓入鋁熔體中，并對熔體進行15－60分鐘機械攪拌；

(4)使熔體自然冷卻，冷卻至700－720℃時，澆鑄成錠狀Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑。

細化：500克Al－0.20％Zr合金，加熱熔化至720℃，按照0.2克/100克鋁合金的量加入所制備的Al－Ti－B－Fe晶粒細化劑，保溫5分鐘，澆入雷諾標準高爾夫T型模，測量距試樣底面51mm處的晶粒尺寸。

具體實施例1-7的參數(shù)以及實施效果見下表：

本發(fā)明在Al－Ti－B三元系中，添加第四組元Fe，利用Fe與TiB₂粒子間的交互作用，解決鋁合金中Zr、Cr等元素引起的Al－Ti－B晶粒細化劑中毒問題。

圖1未經細化的Al－0.20％Zr合金金相宏觀晶粒組織；

圖2添加0.20％重量百分比Al－5Ti－1B細化后的Al－0.20％Zr合金金相宏觀晶粒組織，其中，柱狀晶得以細化，細化后的晶粒尺寸約180μm，但細化效果弱于同等添加量下Al－5Ti－1B對不含Zr的工業(yè)純鋁的細化效果(150μm)。

圖3添加實施例4所制備0.20％重量百分比Al－Ti－B－Fe細化后的Al－0.20％Zr合金金相宏觀晶粒組織，其中，相比于圖2，晶粒細化效果更為優(yōu)良，細化后的晶粒尺寸為110μm左右，細化效果優(yōu)于同等添加量下Al－5Ti－1B對工業(yè)純鋁的細化效果(150μm)，解決了鋁合金中Zr、Cr等元素引起的Al－Ti－B晶粒細化劑中毒問題。

盡管本發(fā)明的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。