一種低成本高效Al-Ti-C-Ce細化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于細化劑技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低成本高效Al-T1-C-Ce細化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]添加晶粒細化劑不僅可以細化鑄態(tài)晶粒,細化枝晶組織,還能夠減少疏松，降低熱裂傾向，減少鑄造缺陷，提高后續(xù)的加工性能。近年來隨著對鋁合金細化劑的研究，已開發(fā)出Al-T1-C晶粒細化劑。Al-T1-C晶粒細化劑中的TiC粒子因尺寸小，不易聚集，分布均勻，并且與Al具有很好的共格性等優(yōu)點，而受到廣泛關(guān)注。但由于C在Al中的潤濕性較差，制備十分困難，通過強烈攪拌或者高溫反應(yīng)制備Al-T1-C晶粒細化劑，制備成本較高，限制了 Al-T1-C晶粒細化劑的廣泛應(yīng)用。
[0003]目前，各國研究人員開發(fā)出多種方法用于A1-T1-C細化劑的制備。但借鑒制備Al-T1-B細化劑過程中加入稀土的方法，制備Al-T1-C-Ce細化劑的研究報道不多。鄭州大學(xué)的趙紅亮等制備出的Al-T1-C-RE細化劑的細化能力優(yōu)于A1-T1-C細化劑，且具有良好的細化長效性。然而，開發(fā)出的制備方法仍存在一些缺點，如在采用氟鈦酸鉀引入Ti元素時，制備過程中產(chǎn)生大量氟化物氣體污染環(huán)境，腐蝕設(shè)備，且容易形成氟鹽夾雜物影響細化劑的冶金質(zhì)量；另外，制備溫度較高(約1250°C )，需要在感應(yīng)爐中熔煉，燒損嚴重，能耗較大。趙紅亮等在采用海綿鈦為原料提供Ti元素，并采用電阻爐制備Al-T1-C-RE細化劑時，制備溫度仍然較高(約950°C )，能耗仍然較大，制備成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種低成本并且高效Al-T1-C-Ce 細化劑。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述Al-T1-C-Ce細化劑的制備方法。
[0006]為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種低成本高效Al-T1-C-Ce細化劑，包含如下的質(zhì)量百分比組份，T1:4.0-16.0%，C:0.5-3.0%，Ce:0.5-2.0%，余量為Al ;所述細化劑的物相組成包括α -Al、TiAl3' TiC和Ti2Al20Ce。
[0007]一種上述Al-T1-C-Ce細化劑的制備方法，采用鋁熔體熱爆法制備，具體包括如下工藝步驟:
(1)原料準備，按成分要求稱量鋁粉、鈦粉、石墨粉、鋁錠、鈰錠，要求鋁粉與鈦粉和石墨粉的摩爾比為1:0.2-0.8:0.1-0.6，鋁錠純度要求99.9% ;鈰錠純度要求99.9% ；
(2)將稱量好的鋁粉、鈦粉、石墨粉混合均勻，置于模具中，壓制成塊體；
(3)將鋁錠加熱至780?850°C，待鋁錠完全熔化后，石墨鐘罩同時向鋁熔體內(nèi)壓入鈰錠和步驟(2)制得的塊體；待鈰錠和塊體受鋁熔體預(yù)熱而劇烈反應(yīng)并完成反應(yīng)后，靜置5-8分鐘，靜置過程中每分鐘內(nèi)用石墨棒對熔體強力攪拌一次； (4)將步驟(3)的合金熔體用已預(yù)熱的過濾箱過濾，除去熔渣，將熔體澆注到鋼模中，SP得Al-T1-C-Ce細化劑產(chǎn)品。
[0008]進一步地，步驟(I)中，所述原料金屬粉末的粒度要求為，鋁粉200目，鈦粉350目，
石墨粉400目。
[0009]進一步地，步驟(I)中，原料稱料時，要求鈦粉與石墨粉的摩爾比為2:1。
[0010]進一步地，步驟(4)中，所述過濾箱的預(yù)熱溫度為450_550°C。
[0011]本發(fā)明制備方法采用鋁熔體熱爆法，屬自蔓延燃燒合成法的一種，即利用高放熱反應(yīng)的能量使兩種或兩種以上物質(zhì)壓坯的化學(xué)反應(yīng)自動持續(xù)蔓延下去，生成化合物的方法。本發(fā)明方法中，將鋁粉、鈦粉、石墨粉混合均勻并壓制成塊體后直接加入到鋁熔體中，通過鋁熔體的熱量引發(fā)鋁、鈦、石墨三種元素之間的放熱反應(yīng)；放熱反應(yīng)使得鋁熔體溫度升高，可以保證鈰錠的熔化和參與反應(yīng)。整個反應(yīng)過程時間較短，充分利用了原料的放熱反應(yīng)，降低了制備溫度。
[0012]稀土元素是表面活性物質(zhì)，添加到鋁熔體中能夠降低鋁的表面能，細化晶粒和枝晶組織:而且稀土元素易吸附在晶界和相界處，阻礙晶粒的長大；稀土元素偏析系數(shù)較大，易形成較大的成分過冷?；谙⊥恋谋姸嗉毣瘍?yōu)點及其變質(zhì)作用，在制備Al-T1-C晶粒細化劑的過程中，添加稀土元素，可以提高C在鋁中的潤濕性，從而提高反應(yīng)效率，制備更加高效的細化劑。本發(fā)明即利用鋁熔體熱爆法成功制備出了低成本高效的Al-T1-C-Ce細化劑。
[0013]下面通過X射線衍射分析、掃描電鏡分析和物相定量分析對本發(fā)明制備的Al-T1-C-Ce細化劑的結(jié)構(gòu)和性能作進一步的分析。
[0014]1、X射線衍射分析
圖1是采用本發(fā)明方法制備的Al-T1-C-Ce細化劑(b)和對比例Al-T1-C細化劑(a)的XRD圖譜?？梢钥闯?，Al-T1-C-Ce細化劑(b)主要由α -Al、TiAl3' TiC, Ti2Al20Ce相組成。添加稀土元素后合成的細化劑中TiC的峰值明顯升高，表明稀土元素促進了 TiC粒子的形成，粒子數(shù)量明顯增多。
[0015]2、掃描電鏡分析
圖2-1是本發(fā)明制備的Al-T1-C-Ce細化劑的SEM圖，圖中可見大量的塊狀粒子，片狀分布的小粒子，一種襯度較亮，為Ti2Al2(lCe、TiAl3;—種襯度較暗，為TiC。圖2_1中，尺寸在ΙΟμπι以下塊狀的粒子為TiAl3粒子；尺寸在0.5μπι以下，晶界處呈片狀分布的粒子為TiC粒子，尺寸在10 μ m以上塊狀的粒子為Ti2Al2tlCe粒子。圖2_2是未添加稀土制備的Al-T1-C細化劑的SEM圖。對比可見，添加稀土元素后呈片狀分布的TiC粒子數(shù)量明顯增多，表明稀土元素促進了 TiC粒子的形成，有利于增強Al-T1-C細化劑的細化效果。
[0016]3、物相定量分析
圖5-7為本發(fā)明制備的Al-T1-C-Ce細化劑的物相定量分析，可以看出由于細化劑中添加了稀土元素Ce后，形成了較多的Ti2Al2tlCe相，且其襯度與TiAl3基本相同。
[0017]4、細化劑效果分析
圖8和9為添加0.5%的Al-T1-C-Ce和Al-T1-C細化劑對工業(yè)純鋁進行細化后的宏觀組織?？梢钥闯?，在添加相同量的細化劑后，Al-T1-C-Ce細化劑的細化效果明顯優(yōu)于Al-T1-C細化劑，且晶粒尺寸小于100 μ m。
[0018]綜上，本發(fā)明Al-T1-C-Ce細化劑的細化效果明顯優(yōu)于Al-T1-C細化劑；本發(fā)明制備方法與傳統(tǒng)含稀土元素細化劑制備方法相比，降低了制備反應(yīng)溫度，大大縮短反應(yīng)制備時間，不僅降低了制備成本，而且解決了 TiC粒子制備難的問題，稀土 Ce的添加，提高了 C在Al中的潤濕性，促進了 TiC的生成，提高了反應(yīng)效率，使得本發(fā)明Al-T1-C-Ce細化劑具有低成本和高效的特點。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明制備的Al-T1-C-Ce和對比例A