[发明专利]一种Al-Ti-C-Nd中间合金及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种Al‑Ti‑C‑Nb中间合金及其制备方法和应用。本发明提供的Al‑Ti‑C‑Nb中间合金以质量含量为1.0～5.0％的Ti，0.5～2.0％的C和0.5～2.0％的Nd为合金元素，通过加入0.5～2.0％的Nd提高了TiC的成形效果，从而使得到的Al‑Ti‑C‑Nb中间合金具有良好的细化效果。实验结果表明，本发明提供的Al‑Ti‑C‑Nb中间合金用于细化纯铝时，加入量0.2wt％即可获得细小等轴晶组织，晶粒尺寸为150～180μm；用于细化亚共晶铝硅合金时，加入量0.5％即可使粗大树枝晶变为20～50μm的细小等轴晶，共晶硅从粗大长条状变质为5～10μm的细小短棒状或颗粒状结构。

技术领域

本发明涉及合金细化技术领域，特别涉及一种Al-Ti-C-Nd中间合金及其制备方法和应用。

背景技术

生产高质量的铝合金，控制铸锭组织是十分必要的。铝合金中的铝的晶粒细化后，不仅提高了机械性能，而且由于组织致密，也提高了铸件的气密性，这对耐压件尤其重要。细化晶粒尺寸最常用和有效的方法是在浇铸前向熔体中加入形核剂，在铝的凝固过程中通过异质形核使晶粒细化，工业上把这种方法叫作铸锭晶粒细化处理。在合金中添加中间合金不仅可以细化铸态晶粒，细化枝晶组织，还能够减少疏松，降低热裂倾向，减少铸造缺陷，提高后续的加工性能。

铝及铝合金中最主要的晶粒细化剂有三类：Al-Ti中间合金、Al-Ti-B中间合金和Al-Ti-C中间合金。其中，Al-Ti-B中间合金的细化效率比Al-Ti中间合金的高12倍，其稳定性也有相当的提高。但是，由于Al-Ti-B中间合金中的TiB₂相易聚集沉淀，被细化的产品优势会出现质量问题，如针孔、裂纹、断带等。Al-Ti-C中间合金中形成的TiC粒子因尺寸小，不易聚集，分布均匀，并且与Al具有很好的共格性等优点，而受到广泛关注。

但由于C在Al中的润湿性较差，Al-Ti-C中间合金中TiC粒子的成形效果差，因此，想要获得良好的细化效果，Al-Ti-C中间合金用量较大，Al-Ti-C中间合金用于铝合金细化时，添加量为0.5％时，晶粒细化至150μm。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Al-Ti-C-Nd中间合金及其制备方法和应用。本发明提供的Al-Ti-C-Nd中间合金在较少加入量下即可获得优异的细化效果。

本发明提供了一种Al-Ti-C-Nd中间合金，按照元素组成，包括如下质量含量的组分：Ti 1.0～5.0％，C 0.5～2.0％，Nd 0.5～2.0％以及余量的Al。

优选的，所述Al-Ti-C-Nd中间合金包括分布于α-Al基体上的TiAl₃、TiC和Ti₂Al₂₀Nd。

优选的，所述TiAl₃的粒径为5～10μm。

优选的，所述TiC的粒径为0.5～1μm。

优选的，所述Ti₂Al₂₀Nd的粒径为10～200μm。

本发明还提供了上述技术方案所述Al-Ti-C-Nd中间合金的制备方法，包括以下步骤：

将铝粉、钛粉、碳粉和Nd₂O₃粉混合后压制成混合粉末块体；

将金属铝加热至完全熔化，得到铝熔体；

将所述混合粉末块体压入所述铝熔体内进行热爆反应后浇注，得到Al-Ti-C-Nd中间合金。

优选的，所述铝粉、钛粉和碳粉的摩尔比为5:(1.5～2.5):(0.8～1.2)；所述Nd₂O₃粉的质量为铝粉、钛粉和碳粉总质量的2～6％。