專利名稱：一種鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁鈦碳中間合金細(xì)化劑的制備方法，尤其是一種鋁鈦碳鍶 合金細(xì)化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
自1986年Banerji等人通過采用特殊工藝，成功地制造出Al-Ti-C中間合金 細(xì)化劑以來，Al-Ti-C合金細(xì)化劑的研究工作有了新的進(jìn)展，研究人員探索出了 多種不同的制備方法，如液-固反應(yīng)法、SHS (Self-propagating High-temperature Synthesis,自蔓延高溫合成)鑄造法、XD (Exothermic Desposition,放熱反應(yīng) 法)法、VLS (Vapor-liquid-solid，氣-液-固接觸反應(yīng)法)法、快速凝固法、接觸 反應(yīng)法等，但這些方法生產(chǎn)成本高、設(shè)備復(fù)雜、條件苛刻，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng) 用。為了將來生產(chǎn)的鋁鈦碳鍶合金中間合金細(xì)化劑能夠投入工業(yè)生產(chǎn)，我國也 在不斷進(jìn)行該方面的研究，如2004年12月31日申請的公告號為CN1298463 的"在超聲場作用下制備鋁鈦碳中間合金晶粒細(xì)化劑的方法"發(fā)明專利中就公 開了一種更便捷的制備方法。但是該發(fā)明中還是有不少遺憾，比如工藝流程中 對于原料沒有進(jìn)行必要的處理，眾所周知，石墨粉與鋁熔體潤濕難，如果不進(jìn) 行處理，將大大增加整個(gè)工藝的最終效果，也相當(dāng)于增加了加工的成本，不利 于工業(yè)化生產(chǎn)。其中的覆蓋劑使用的是NaCl和KC1，卻沒有任何保護(hù)方式，在 反應(yīng)過程中將產(chǎn)生劇毒的HCl，如果不處理，將對工作人員身體造成嚴(yán)重的損害。更為嚴(yán)重的是，該發(fā)明專利中提到了以包含鑭、鈰的混合稀土、以及鍶、磷作 為成份，但是沒有說明它們是以什么為原料制作的，畢竟這些化合物如果是不 純凈單一元素，而是混合物，其中的一些額外的混合元素會對最終產(chǎn)物帶來不 可估量的后果。例如鍶元素，如果是直接加入的話同時(shí)，由于其特性，在進(jìn)行 高溫反應(yīng)的同時(shí)，其將不斷與空氣中的水蒸氣反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和無用的氧化鍶，
在最終產(chǎn)品中產(chǎn)生針孔。該生產(chǎn)工藝中需要使用頻率達(dá)到15-25KHz的超聲波發(fā) 生器，這類設(shè)備無論是購買成本還是使用成本都非常高昂，不利于工廠大規(guī)模 生產(chǎn)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑的制備方法，擁有更良好的 控制性，增強(qiáng)鈦源和碳源相對鋁熔體的潤濕性，確保流程產(chǎn)品的穩(wěn)定性，提高 最終產(chǎn)品的成品率，提高加工效率，減少加工流程中的損耗，并且不會污染環(huán) 境。為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明一種鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑的制備方法，包
括以下步驟
1、 將原料石墨粉在坩堝電阻爐中70(TC預(yù)熱30 60min， &1^6在干燥箱內(nèi)80 。C預(yù)熱30 60min;
2、 用中頻感應(yīng)爐熔化工業(yè)純鋁；
3、 將鋁熔體過熱至800 900°C，將預(yù)熱好的K2TiF6和石墨粉均勻混合后加入 鋁熔體；
4、 在鋁熔體表面撒上鋁合金覆蓋劑；
5、 升高爐溫至1200 1300°C，保溫20 30min;
6、 熔體經(jīng)攪拌后用惰性氣體精煉；
7、 降溫至800 900。C除鹽扒渣后澆注于預(yù)熱的金屬型中。
8、 除去表面鹽層和熔渣后加入Al-10Sr中間合金，保溫后熔體經(jīng)除渣澆注于砂 型中。
其中該方法中所述的Al-1 OSr制造工藝為
1、 用石墨坩堝熔化工業(yè)純鋁；
2、 待純鋁熔化后，升溫至83(TC;
3、 將工業(yè)鍶加入鋁熔體；
4、 熔體經(jīng)攪拌后用惰性氣體精煉，保溫15min;
5、 扒渣后澆注到預(yù)熱的金屬型中。
由于本發(fā)明中的鍶是先合成化合物AL-10Sr，同時(shí)用惰性氣體精煉，能減少 整個(gè)生產(chǎn)過程中的針孔產(chǎn)生的機(jī)會。在操作流程完全符合規(guī)范的情況下，能完 全避免針孔的出現(xiàn)，同時(shí)也對后期加工帶來了便利。
優(yōu)選的，鋁合金覆蓋劑各成分質(zhì)量百分比為NaCl 30%， KC140%， NaF30%。 這樣配比的覆蓋劑價(jià)格低廉，同時(shí)能保證反應(yīng)過程的良好，KCl^NaCl混合物 為主要成分的熔劑可以覆蓋和保護(hù)鋁液不被氧化。尤其是因?yàn)樘砑恿?NaF這個(gè) 活性熔劑，能大大提高鋁液的實(shí)收率。
優(yōu)選的，所用的惰性氣體為高純氬氣，這也是性價(jià)比最高的惰性氣體，有 利于工業(yè)化生產(chǎn)。
優(yōu)選的，所用的攪拌方式為磁性攪拌。因?yàn)槌暡〝嚢栀徺I成本高，設(shè)備 使用維護(hù)費(fèi)用也非常高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)；而手工攪拌不均勻，且工人很難 在制造過程中的高溫惡劣環(huán)境下持續(xù)工作。因此我們選用了成本適中而攪拌效 果好的磁性攪拌。
本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，將原料石墨粉在坩堝電阻爐中70(TC預(yù)熱
30 60min, &21^6在干燥箱內(nèi)8(TC預(yù)熱30 60min;對鈦源和碳源進(jìn)行預(yù)處理 增強(qiáng)與鋁熔體的潤濕性，能確保后期反應(yīng)的穩(wěn)定性。選擇廉價(jià)的工業(yè)K2TiF6作 為鈦源，有利于企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。熔體經(jīng)攪拌后用惰性氣體精煉，能更進(jìn)一步 避免反應(yīng)過程中針孔的產(chǎn)生，也避免空氣中的雜質(zhì)影響反應(yīng)的質(zhì)量，提高了最 終產(chǎn)品的成品率以及成品質(zhì)量。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
圖1為Al-Sr二元相圖。
圖2為Al-10Sr合金OM顯微組織，其中(a)、 (b)是在不同倍率的顯微鏡下 拍攝所得。
圖3為鋁鈦碳鍶合金OM組織，其中(a)、 (b)是在不同倍率的顯微鏡下拍攝 所得。
具體實(shí)施例方式
在鑄鋁工業(yè)中，鍶對亞共晶和共晶型Al-Si鑄造合金中的共晶硅有變質(zhì)作用。 鍶的變質(zhì)作用具有長效性、重熔性等一系列優(yōu)點(diǎn)，能夠改善鑄件的力學(xué)性能和 鑄造性能，并且使用方便、無污染和無過變質(zhì)危險(xiǎn)，從而得到了廣泛應(yīng)用。由 于金屬鍶的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在空氣中極易氧化，因此在生產(chǎn)中我們選擇采 用Al-Sr中間合金的形式加入。
如圖1所示Al-Sr二元相圖，在共晶溫度(654°C)時(shí)，鍶的溶解度約為4%。 當(dāng)鍶溶解度達(dá)8% 10%時(shí)，液相線溫度為700 800。C。制備鋁鈦碳鍶合金時(shí)， 若選擇鍶含量太低的A1-Sr中間合金中，加入時(shí)易降低鋁液溫度；鍶含量過高， Al-Sr合金制備溫度增高，鋁液易吸氣和氧化。因此，鋁鈦碳鍶合金合金的Sr 源選擇鍶含量為8% 10%的Al-Sr中間合金。這樣還能保證在反應(yīng)過程中不出 現(xiàn)針孔。
制備原料為工業(yè)純鋁(w (Al) =99.7%)、工業(yè)純鍶(w (Al) =99.9%)。 加熱設(shè)備為坩堝電阻爐、烘箱，其它熔煉工具有石墨坩堝、扒渣及攪拌工 具、鐘形罩、金屬型、高純氬氣、涂料等。 Al-10Sr合金制備過程為
(1) 金屬型的選擇及預(yù)熱
金屬型的選擇對熔煉合金量、冷卻速度及后續(xù)的切削加工都會產(chǎn)生影響。 金屬型需先預(yù)熱以后再刷涂料，這樣可使涂料中水分迅速蒸發(fā)，且易噴刷均勻 (防止涂料向下流)，獲得一層緊密的涂料層。但是預(yù)熱溫度不宜過高，否則涂 料容易剝落。
另外，預(yù)熱可以避免金屬因冷卻速度過快而造成氣孔、縮孔、冷隔、澆不 足等鑄造缺陷；可以避免金屬型因急冷急熱而劇烈膨脹，起到保護(hù)金屬型的作 用，延長金屬型使用壽命；可以減輕鑄件的包緊力，有利于脫型。
(2) 涂料的配制
涂料的作用①耐熱涂料將高溫金屬溶液與型壁隔開，避免發(fā)生熔焊現(xiàn)象， 保護(hù)金屬型不被燒傷；⑦減輕高溫液體金屬對金屬型的熱沖擊作用，減小型壁 的內(nèi)應(yīng)力；G)通過改變涂料層厚度可以改變金屬的冷卻速度；④減小鑄件包緊 力，便于脫型。
試驗(yàn)用的涂料由偏硅酸鈉、Al(OH)3、水配制而成。
(3) Al-10Sr合金制備過程
首先做好以下準(zhǔn)備工作除去金屬型內(nèi)壁、扒渣及攪拌工具表面鐵銹，預(yù)熱后并刷上配制好的涂料；除去爐料表面油污、氧化物等臟物；為了避免合金 中摻有Fe雜質(zhì)，選擇石墨坩堝，將石墨坩堝內(nèi)壁清理干凈，檢查石墨坩堝是否 有裂縫等缺陷，檢査無誤后，方可用于試驗(yàn)；干燥扒渣及攪拌工具；預(yù)熱金屬 型。
具體制備過程為
1) 用石墨坩堝熔化工業(yè)純鋁；
2) 待純鋁熔化后，升溫至83(TC;
3) 將工業(yè)純鍶加入鋁熔體；
4) 保溫15min;
4) 熔體經(jīng)攪拌后用高純氬氣精煉；
5) 扒渣后澆注到預(yù)熱的金屬型中。
其中的攪拌過程一般選用磁性攪拌。在確保攪拌質(zhì)量的同時(shí)，也降低了成 本。小規(guī)模生產(chǎn)時(shí)刻選用永磁攪拌，而在大規(guī)模生產(chǎn)的時(shí)候應(yīng)選用電磁攪拌， 否則可能無法達(dá)到產(chǎn)業(yè)化要求。而使用了高純氬氣精煉能更進(jìn)一步避免反應(yīng)過 程中針孔的產(chǎn)生，也避免空氣中的雜質(zhì)影響反應(yīng)的質(zhì)量，提高了最終產(chǎn)品的成 品率以及成品質(zhì)量。
這樣就能得到如圖2所示的中間金屬Al-10Sr合金，Al-10Sr中間合金組織 由基體、板條狀組織和細(xì)針狀組織組成。
然后，我們使用制備好的Al-10Sr合金進(jìn)一步制備鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑。
制備原料工業(yè)純鋁(w (Al) =99.7% )、工業(yè)氟鈦酸鉀(K2TiF6， w (K2TiF6) =99.8%)、石墨粉(粒度為200目)、鋁箔。
制備工具包括
加熱設(shè)備坩堝電阻爐、烘箱，
其它工具石墨坩堝、扒渣及攪拌工具、鐘形罩、金屬型等。 鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑具體制備過程為
石墨粉在塒堝電阻爐中70(TC預(yù)熱45min， K2TiF6在干燥箱內(nèi)80C預(yù)熱 50min。用中頻感應(yīng)爐熔化工業(yè)純鋁；鋁熔體過熱至900C，加入預(yù)熱的氟鈦 酸鉀和石墨粉；用石墨攪拌器攪拌熔體；在熔體表面撒上鋁合金覆蓋劑，保溫 20min;升溫至1200C以上，保溫15min;扒去表面鹽層和熔渣；降溫至800 900C，加入預(yù)熱好的自制Al-10Sr合金；保溫后再用石墨攪拌器攪拌并澆鑄于 砂型中。所有工藝在封閉環(huán)境中進(jìn)行，中間氣體將經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾后進(jìn)入中和 塔進(jìn)行處理。
Al-10Sr中間合金選擇在生成TiAl3、 TiC粒子后再加入鋁熔體。最終生成如 圖3所示的鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑。由于采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，最終產(chǎn)品的 晶粒尺寸將達(dá)到亞納米級，比現(xiàn)有的產(chǎn)品要小得多。此外，在反應(yīng)過程中通過 封閉環(huán)境避免HC1等有毒氣體發(fā)散，并且再最后先通過過濾網(wǎng)過濾掉尾氣中的 雜質(zhì)，再通過中和塔，以水淋以及石灰中和等方法，處理掉HCL等有害氣體， 使得整個(gè)生產(chǎn)過程不會污染環(huán)境。
權(quán)利要求
1、一種鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)將原料石墨粉在坩堝電阻爐中700℃預(yù)熱30～60min，K2TiF6在干燥箱內(nèi)80℃預(yù)熱30～60min；2)用中頻感應(yīng)爐熔化工業(yè)純鋁；3)將鋁熔體過熱至800～900℃，將預(yù)熱好的K2TiF6和石墨粉均勻混合后加入鋁熔體；4)在鋁熔體表面撒上鋁合金覆蓋劑；5)升高爐溫至1200～1300℃，保溫20～30min；6)熔體經(jīng)攪拌后用惰性氣體精煉；7)降溫至800～900℃除鹽扒渣后澆注于預(yù)熱的金屬型中；8)除去表面鹽層和熔渣后加入Al-10Sr中間合金，保溫后熔體經(jīng)除渣澆注于砂型中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑的制備方法，其特征在于該 方法中所述的Al-10Sr制造工藝為1) 用石墨坩堝熔化工業(yè)純鋁；2) 待純鋁熔化后，升溫至83(TC;3) 將工業(yè)鍶加入鋁熔體；4) 熔體經(jīng)攪拌后用惰性氣體精煉，保溫15min;5) 扒渣后澆注到預(yù)熱的金屬型中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑的制備方法，其特征在于該 方法中所述的鋁合金覆蓋劑各成分質(zhì)量百分比為NaCI30。/。，KC140。/c)，NaF30。/。。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑的制備方法，其特征在 于其所用的惰性氣體為高純氬氣。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑的制備方法，其特征在 于所述攪拌方式為磁性攪拌。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑的制備方法，其特征在 于所述反應(yīng)過程均在封閉環(huán)境下進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)生氣體經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾后進(jìn)入 中和塔進(jìn)行處理。
全文摘要
本實(shí)發(fā)明公開了一種鋁鈦碳鍶合金細(xì)化劑的制備方法，包括以下步驟將原料石墨粉在坩堝電阻爐中700℃預(yù)熱30～60min，K₂TiF₆在干燥箱內(nèi)80℃預(yù)熱30～60min；將鋁熔體過熱至800～900℃，將預(yù)熱好的K₂TiF₆和石墨粉均勻混合后加入鋁熔體；在鋁熔體表面撒上鋁合金覆蓋劑；升高爐溫至1200～1300℃，保溫20～30min；熔體經(jīng)攪拌后用惰性氣體精煉；降溫至800～900℃澆注于金屬型中。除去鹽層和熔渣后加入Al-10Sr中間合金，保溫后熔體經(jīng)除渣澆注于砂型中。本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，對鈦源和碳源進(jìn)行預(yù)處理增強(qiáng)與鋁熔體的潤濕性，確保后期反應(yīng)的穩(wěn)定性。熔體經(jīng)攪拌后用惰性氣體精煉，避免反應(yīng)過程中針孔的產(chǎn)生，也避免空氣中的雜質(zhì)影響反應(yīng)的質(zhì)量，提高了最終產(chǎn)品的成品率以及成品質(zhì)量。
文檔編號C22C1/02GK101338381SQ20071007131
公開日2009年1月7日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者宏 李, 葛炳灶, 陳曉龍 申請人:葛炳灶