本發(fā)明屬于有色合金冶金和鑄造，具體涉及一種鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鑄造鋁硅合金由于具有優(yōu)良的鑄造性能和較好力學(xué)性能，在軌道交通、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。鑄造鋁硅合金的晶粒細(xì)化對(duì)提高合金組織致密性和力學(xué)性能的作用顯著。目前工業(yè)最常用的是al-ti-b細(xì)化劑，但al-ti-b細(xì)化劑中的tib2等硼化物容易在鋁熔體中聚集、沉降，這大大降低了細(xì)化效率；同時(shí)一些元素，如si，zr，cr等，容易使其“中毒”而降低其細(xì)化效果。因此，針對(duì)細(xì)化鑄造鋁硅合金迫切需求，開發(fā)新型的鋁及其合金的細(xì)化劑來(lái)替代al-ti-b晶粒細(xì)化劑。

2、由于al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑中的tic、vc物相不容易發(fā)生聚集沉淀，對(duì)導(dǎo)致al-ti-b“中毒”的si，zr，cr等元素具有“免疫”功能，因此al-ti-c晶粒細(xì)化劑是具有良好工業(yè)應(yīng)用前景的品粒細(xì)化劑之一。近些年，科技工作者開發(fā)了鋁熱還原法、純金屬顆粒法、自蔓延法等制備方法。但是存在碳粉不容易被鋁潤(rùn)濕的問(wèn)題，一定程度上影響了al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑的制備及推廣使用。而且以碳粉形式加入，在一定條件下生成a14c3與ti3alc5，大大降低al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑的細(xì)化效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑及其制備方法和應(yīng)用。解決了現(xiàn)有制備過(guò)程中碳粉不容易被鋁潤(rùn)濕以及生成a14c3與ti3alc5的問(wèn)題，可降低原料燒損率，避免因碳粉與鋁液因潤(rùn)濕性差而造成的原料損耗，實(shí)現(xiàn)al-ti-v-c細(xì)化劑中tic、vc等物相的均勻分布，該方法具有制備設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝流程短、物相分布均勻、制備效率高等優(yōu)點(diǎn)，所制備的al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑具有良好的晶粒細(xì)化效果。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的。

3、本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、將純al粉、納米tic粉和納米vc粉混合，進(jìn)行真空球磨混料，得到混合料。

5、將混合料進(jìn)行熱壓燒結(jié)，先升溫至290℃～310℃保溫，然后升溫至460℃～520℃保溫，得到熱壓胚，然后將熱壓胚于300℃～550℃下進(jìn)行熱擠壓，熱擠壓后，形成均勻分散的tic物相和vc物相，得到al-ti-v-c細(xì)化劑。

6、優(yōu)選的，熱壓燒結(jié)的具體方式為：

7、升溫至290℃～310℃保溫時(shí)，壓力為290mpa～310mpa，保溫時(shí)間為5min～30min；升溫至460℃～520℃時(shí)，壓力為390mpa～410mpa，保溫時(shí)間為30min～60min，冷卻至室溫后得到熱壓胚。

8、優(yōu)選的，純al粉、納米tic粉和納米vc粉的質(zhì)量百分比80.00～99.60：0.2～10：0.2～10，合計(jì)為100wt.％。

9、優(yōu)選的，真空球磨時(shí)，球磨混料的時(shí)間0.5h～3h，轉(zhuǎn)速為100r/min～200r/min，真空度為2×20-2pa～8×20-2pa。

10、優(yōu)選的，米tic粉或納米vc粉的制備方法，包括以下步驟：

11、先將tic粉或vc粉和直徑為6mm的球磨介質(zhì)以質(zhì)量比為20:1，以球磨轉(zhuǎn)速為1700r/min～1900r/min進(jìn)行球磨24h，然后再和直徑為2mm的球磨介質(zhì)以質(zhì)量比為20:1，以球磨轉(zhuǎn)速為1700r/min～1900r/min進(jìn)行球磨24h，得到納米tic粉或納米vc粉。

12、優(yōu)選的，球磨前tic粉和vc粉的粒徑均為50μm～100μm；球磨后納米tic粉或納米vc粉的粒徑均為200nm～5000nm。

13、優(yōu)選的，熱擠壓的擠壓比為3～15。

14、優(yōu)選的，真空球磨前，al粉的粒徑為40μm～200μm；真空球磨后，將混合料在150℃下烘干1h～2h。

15、本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述的制備方法制備得到的鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑，al-ti-v-c細(xì)化劑中碳的含量為0.1wt.％～1.6wt.％，鈦的含量為2wt.％～10wt.％，釩的含量為2wt.％～10wt.％。

16、本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供上述鑄造鋁硅合金al-ti-v-c細(xì)化劑在鑄造鋁硅合金中的應(yīng)用，所述al-ti-v-c細(xì)化劑的添加量為0.2wt.％～0.6wt.％。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

18、(1)本發(fā)明以al粉、tic粉和vc粉進(jìn)行真空球磨混料后，采用熱壓燒結(jié)法(hps)形成熱壓胚，然后進(jìn)行熱擠壓獲得al-ti-v-c細(xì)化劑桿材，制備的al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑中的tic和vc物相是納米級(jí)別而且均勻分散的，在晶粒細(xì)化過(guò)程中，由于物相納米tic、納米vc等是納米級(jí)別且顆粒分散均勻，tic和vc物相作為α-al的形核核心，因此提高了al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑的細(xì)化效率，制備方法簡(jiǎn)單、工藝流程短、制備效率高，可降低原料燒損率，避免因碳粉與鋁液因潤(rùn)濕性差而造成的原料損耗，實(shí)現(xiàn)al-ti-v-c細(xì)化劑中tic、vc等物相的均勻分布。

19、(2)本發(fā)明制備的al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑含有al、tic和vc，三種物相，所以該方法能實(shí)現(xiàn)納米tic和vc物相的有效添加，在晶粒細(xì)化過(guò)程中，tic和vc物相都能作為α-al的形核核心，但由于tic和vc都是面心立方，而且tic的晶格常數(shù)(a＝0.4327nm)，vc的晶格常數(shù)(a＝0.4327nm)與α-al的晶格常數(shù)(a＝0.4172nm)非常相近，因此tic與vc，容易作為α-al的形核核心。由于該方法所制備的al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑中的tic和vc物相是納米級(jí)別而且均勻分散的，所以tic和vc物相提供大量的晶面作為α-a1形核位置，提高al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑的細(xì)化效率。所以該方法能實(shí)現(xiàn)納米tic和vc物相的有效添加，制備的al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑具有良好的晶粒細(xì)化效果。

20、(3)本發(fā)明制備的al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑中碳的含量為0.1wt.％～1.6wt.％，鈦的含量為2wt.％～10wt.％，釩的含量為2wt.％～10wt.％，al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑只含有al、tic和vc三種物相，因此碳的含量反映所制備的細(xì)化劑中納米tic和納米vc的含量，通過(guò)調(diào)控控制納米tic、納米vc添加量來(lái)調(diào)控細(xì)化劑中碳的含量，進(jìn)而控制晶粒細(xì)化劑物相比例，制備的al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑具有良好的晶粒細(xì)化效果，加入0.2wt.％的al-ti-v-c晶粒細(xì)化劑于al-7si合金中保溫2h細(xì)化效果仍未見(jiàn)明顯衰退，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑的制備方法，其特征在于，熱壓燒結(jié)的具體方式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑的制備方法，其特征在于，純al粉、納米tic粉和納米vc粉的質(zhì)量百分比80.00～99.60：0.2～10：0.2～10，合計(jì)為100wt.％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑的制備方法，其特征在于，真空球磨時(shí)，球磨混料的時(shí)間0.5h～3h，轉(zhuǎn)速為100r/min～200r/min，真空度為2×20-2pa～8×20-2pa。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑的制備方法，其特征在于，納米tic粉或納米vc粉的制備方法，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑的制備方法，其特征在于，球磨前tic粉和vc粉的粒徑均為50μm～100μm；球磨后納米tic粉或納米vc粉的粒徑均為200nm～5000nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑的制備方法，其特征在于，熱擠壓的擠壓比為3～15。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑的制備方法，其特征在于，真空球磨前，al粉的粒徑為40μm～200μm；真空球磨后，將混合料在150℃下烘干1h～2h。

9.一種權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的鑄造鋁硅合金用al-ti-v-c細(xì)化劑，其特征在于，al-ti-v-c細(xì)化劑中碳的含量為0.1wt.％～1.6wt.％，鈦的含量為2wt.％～10wt.％，釩的含量為2wt.％～10wt.％。

10.一種權(quán)利要求9所述的鑄造鋁硅合金al-ti-v-c細(xì)化劑在鑄造鋁硅合金中的應(yīng)用，其特征在于，所述al-ti-v-c細(xì)化劑的添加量為0.2wt.％～0.6wt.％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于有色合金冶金和鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鑄造鋁硅合金用Al?Ti?V?C細(xì)化劑及其制備方法和應(yīng)用。包括以下步驟：將純Al粉、球磨后的納米TiC粉和球磨后的納米VC粉混合，進(jìn)行真空球磨混料，得到混合料；將混合料進(jìn)行熱壓燒結(jié)，先升溫至290℃～310℃保溫，然后升溫至460℃～520℃保溫，得到形成熱壓胚，將熱壓胚于300℃～550℃下進(jìn)行熱擠壓，得到Al?Ti?V?C細(xì)化劑。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，可降低原料燒損率，避免因碳粉與鋁液因潤(rùn)濕性差而造成的原料損耗，實(shí)現(xiàn)Al?Ti?V?C細(xì)化劑中TiC、VC等物相的均勻分布，所制備的Al?Ti?V?C晶粒細(xì)化劑具有良好的晶粒細(xì)化效果。

技術(shù)研發(fā)人員：管仁國(guó),賈洪飛,張光宗,李軍文,張碩,何慶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9