[发明专利]基于金属氧化物Mx

说明书

本发明公开了一种基于金属氧化物M_xO_y的Al‑M‑B细化剂制备方法，M为Nb、V、Ti、Zr中的至少一种金属元素，当M为Nb、V时，x＝2，y＝5；当M为Ti、Zr时，x＝1，y＝2；各原料质量百分比为M_xO_y：4.1～11.8％，KBF₄：11.7～12.7％，余量为Al。细化剂的制备时熔体温度为800～1200℃，总保温时长为2～10小时。本发明的制备方法结合了氟盐法和金属热还原法，Al‑M‑B细化剂以Nb₂O₅作为Nb源的引入、以V₂O₅作为V源的引入、以TiO₂作为Ti源的引入、以ZrO₂作为Zr源的引入，以氧化物为原料成本低，生成的MAl₃、MB₂弥散分布于铝基体中。可将铝硅合金中的α‑Al的晶粒尺寸细化至150‑300微米，细化效果明显。本发明的制备方法可以在不同温度下，根据细化相MAl₃、MB₂及AlB₂含量值的需要，确定氧化物M_xO_y的添加量；制备方法简便，适于大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及一种基于金属氧化物M_xO_y的制备的铸铝合金用Al-M-B细化剂及其制备方法，属于铝合金冶炼领域。

背景技术

铸铝合金由于良好的力学性能和优良的铸造性能在工业中得到广泛应用。对合金进行晶粒细化，可获得致密的合金组织，同时也能减轻铸件的热裂和偏析倾向，降低气孔率，从而提高合金的综合性能。最常用且有效的细化方法是添加晶粒细化剂。Al-Ti-B细化剂具有优异的细化晶粒能力，是应用最广泛的细化剂之一。但其抗衰性能较差，Al-Zr-B能有效延缓衰退现象。当铝合金中Si含量大于5wt.％时，Si元素与Ti元素相互作用，而形成钛硅化物使细化剂失效。Al-Nb-B系细化剂是针对解决“硅毒化”作用而出现的，它可以很好地细化亚共晶 Al-xSi合金，其中x5wt.％，表现出良好的抗硅中毒能力。Nb的抗硅中毒机理是由于Nb基衬底比Ti基衬底在Al-Si熔体中的稳定性更高，即使Si掺杂后仍与铝基体具有较低的界面能。近期出现的Al-V-B细化剂同样能够细化Si含量大于5wt.％的亚共晶Al-Si合金。

以上几种Al-M-B细化剂被广泛应用于铸铝工业中，然而Al-Ti-B、Al-Nb-B、Al-V-B及 Al-Zr-B中间合金的Ti源、Nb源、V源及Zr源以金属Ti粉、Nb粉、V粉、Zr粉或它们的氟化物形式引入，采用金属粉末作为原料的制备成本相对较高，而大量氟化物不仅会对设备产生腐蚀，还会在TiB₂表面会附着一层有害的盐膜，割裂颗粒与基体之间的界面，从而恶化复合材料的力学性能。为了降低制备成本、减少氟化物的用量，可将Ti、Nb、V及Zr元素以氧化物的形式引入。在现有专利文献中，有部分提供了以氧化物作为原料或部分原料来制备铝中间合金的制备方法。

现有技术专利，申请公开号CN 1039622A的铝-钛-硼-稀土中间合金及熔炼方法，提供了一种以氧化物作为钛源的铝-钛-硼-稀土中间合金的制备方法，具体步骤是将TiO₂含量为 40-60％的冰晶石粉(Na₃AlF₆)与TiO₂的混合物加入到温度为1000-1200℃的铝熔体中，并充分混合、接触，然后降温至700-800℃扒渣，加入氟硼酸钾并搅拌，反应结束后扒渣，加入混合稀土，快速激冷。

现有技术专利，申请公布号CN 103233146A高效清洁型Al-Ti-B细化剂及其制备方法，提供了一种用氧化物制备Al-Ti-B合金锭的方法，需先将混匀的TiO₂、B₂O₃粉末与铝粉混合置于模具中，压制成块体，然后在覆盖冰晶石的铝熔体中压入块体、搅拌，并压入C₂Cl₆精炼，扒渣、浇铸。