一种Al-Ta中间合金的低温铸造制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种Al-Ta中间合金的低温铸造制备方法及其应用。

背景技术

铝合金具有高的比强度、比刚度、断裂韧性和疲劳强度等特点，同时具有良好的铸造性能和高的耐腐蚀性能。其中铝硅铸造合金具有流动性好、铸件致密、不易产生铸造裂纹等特点，是铸造铝合金中最重要、品种最多的一个系列，在航空、航天、汽车、机械、化工等行业领域得到了非常广泛的应用。

通常，铝硅铸造合金的铸态组织中，α-Al枝晶粗大，共晶硅以针片状分布于枝晶间，严重降低了铝硅合金的力学性能和切削加工性能。因此，人们通过对铝硅合金进行变质处理以提高其力学性能，扩大其工业应用范围。细化组织是提高材料强度和塑性的重要手段之一，是改善铸造铝合金质量的重要途径。细化铸造组织的方法有很多，其中添加变质剂因为不需要昂贵的设备和复杂的操作，并且具有优异的效果而被广泛采用。因此，研制经济、高效、环保的变质剂具有重要的理论意义和巨大的经济价值。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决铝硅铸造合金的铸态组织中，α-Al枝晶粗大，共晶硅以针片状分布于枝晶间，严重降低了铝硅合金的力学性能和切削加工性能的问题，提供了一种Al-Ta中间合金的低温铸造制备方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明公开了一种铸造铝合金用Al-Ta中间合金，包括2％～20％的钽，其余为铝。

所述中间合金的物相包括α-Al、TaAl

所述TaAl

所述TaAl

本发明还公开了上述铸造铝合金用Al-Ta中间合金的制备方法，包括以下步骤：

S1：选择纯铝和纯钽作为原料；

S2：将纯铝块和纯钽粒等原料进行干燥处理，熔炼前在所有需要接触铝液的工具上涂上涂料并干燥处理，将石墨坩埚内壁涂上涂料放入电阻炉中干燥预热；

S3：将纯铝块加热到650℃～750℃保温，将干燥好的纯钽粒加入铝液中，并搅拌使钽粒均匀分布，将熔体温度调节至700℃～800℃保温，保温期间对Al-Ta合金熔体进行搅拌，每相邻两次搅拌的间隔时间不超过15min；；

S4：保温60～120min后，捞净Al-Ta合金熔体中的浮渣后，将Al-Ta合金熔体浇注于铸铁模具中，凝固后脱模得到Al-Ta合金，作为铸造铝硅合金用Al-Ta中间合金。

所述步骤S1中纯钽粒的直径为0.1～5mm。

所述步骤S4中在保温60～120min的Al-Ta合金的熔炼过程内，每间隔不超过15min对Al-Ta合金熔体进行一次搅拌，得到成分均匀的Al-Ta合金熔体。

本发明还公开了上述铸造铝合金用Al-Ta中间合金在铝硅合金细化中的应用。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

1、本发明制备的Al-Ta中间合金，选用纯钽粒作为钽的原料，这是由于钽以粉末的形式添加容易在高温下氧化，从而污染熔体，因此选用纯钽粒来添加钽，有助于提高钽的利用率和应用效果；

2、本发明制备的Al-Ta中间合金对铝硅合金细化效果明显，对α-Al和共晶硅同时有细化效果，对铝硅合金力学性能的改善效果明显。并且熔体均匀，可以获得纳米级或微米级的TaAl

3、本发明制备的Al-Ta中间合金，在熔炼时温度较低，工艺稳定，所需制备方法简单，操作方便，应用前景好。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的Al-5Ta中间合金的XRD图谱；

图2为本发明实施例1制备的Al-5Ta中间合金的SEM图；

图3为实施例4制备的加入Al-Ta中间合金后Al-7Si合金的金相照片；

图4为实施例5制备的加入Al-Ta中间合金后Al-7Si合金的金相照片；

图5为实施例6制备的加入Al-Ta中间合金后Al-7Si合金的金相照片；

图6为对比例未添加Al-Ta中间合金的Al-7Si合金的金相照片。

图7为Al-Ta中间合金对Al-7Si合金细化变质效果图；(a)未添加Al-Ta中间合金的Al-7Si合金；(b)实施例2制备的加入Al-Ta中间合金的Al-7Si合金；(c)实施例3制备的加入Al-Ta中间合金的Al-7Si合金；(d)实施例4制备的加入Al-Ta中间合金的Al-7Si合金。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例1

制备Al-5Ta中间合金，由以下重量百分比含量的元素组成：Ta：5％，余量为Al。

制备方法按照以下步骤进行：

(1)按元素组成选用纯度大于99.95％的纯铝锭、纯度大于99.95％的纯钽粒(钽粒的直径为0.1～5mm之间)作为原料，并将原料放入真空干燥箱内进行干燥；

(2)将所有接触铝液的工具涂上涂料，进行干燥处理，石墨坩埚放入井式电阻炉中干燥；

(3)先采用井式坩埚电阻炉将铝锭在650℃～750℃下进行熔化，将干燥好的纯钽粒压入铝液中，并搅拌使钽粒均匀分布，再将熔体温度调节至700℃～800℃保温；

(4)保温60～120min，期间每间隔不超过15min对Al-Ta合金熔体进行一次搅拌，以得到成分均匀的Al-Ta合金熔体；

(5)然后在捞净Al-Ta合金熔体中的浮渣后，将Al-Ta合金熔体浇注到铸铁模具中，凝固后脱模得到Al-5Ta中间合金。

图1为所得Al-5Ta中间合金的XRD图，从图中可以看出所制备的Al-5Ta中间合金物相组成为α-Al、TaAl

实施例2

制备Al-12Ta中间合金，由以下重量百分比含量的元素组成：Ta：12％，余量为Al。未特别说明的制备步骤与实施例1相同，不同之处在于：

在所述步骤(3)中，将纯钽粒按照Ta重量百分比12wt.％压入熔体。

实施例3

制备Al-2Ta中间合金，由以下重量百分比含量的元素组成：Ta：2％，余量为Al。未特别说明的制备步骤与实施例1相同，不同之处在于：

在所述步骤(3)中，将纯钽粒按照Ta重量百分比2wt.％压入熔体。

实施例4

为证明本发明制备的Al-Ta中间合金的细化效果，制备了Al-7Si-0.1Ta合金，由以下重量百分比含量的元素组成：Si：7％，Ta：0.1％，余量为Al。

制备方法按以下步骤进行：

(1)按元素组成选用纯度大于99.95％的纯铝锭、Al-Ta中间合金、纯度大于99.95％的纯硅(硅块的直径为1mm～30mm)作为原料，并将原料放入真空干燥箱内进行干燥；

(2)将所有接触铝液的工具涂上涂料，并进行干燥处理，石墨坩埚放入井式电阻炉中干燥；

(3)先采用井式坩埚电阻炉将铝锭在650℃～750℃下进行熔化，将碎硅块压入铝液中，并搅拌使硅块在铝液中均匀分布，然后在660℃～750℃保温；

(4)保温20min后硅块完全熔化，搅拌后再静置保温5min，使熔体更加均匀；

(5)加入Al-Ta中间合金，搅拌后保温。

(6)保温5min后Al-Ta中间合金完全熔化，加入精炼剂并搅拌，搅拌后静置保温5min；

(7)加入扒渣剂并搅拌，保温5min后扒渣，扒渣后静置保温5min；

(8)将熔体浇注到铸铁模具中，得到铸锭。

图3为所得Al-7Si-0.1Ta合金的金相照片，由图片可以看出Al-Ta中间合金的细化效果。

实施例5

为证明本发明制备的Al-Ta中间合金的细化效果，制备了Al-7Si-0.5Ta合金，由以下重量百分比含量的元素组成：Si：7％，Ta：0.5％，余量为Al。未特别说明的制备步骤与实施例4相同，不同之处在于：

在所述步骤(5)中，Al-Ta中间合金按照Ta重量百分比0.5wt.％压入熔体。

图4为所得Al-7Si-0.5Ta合金的金相照片，由图片可以看出Al-Ta中间合金的细化效果。

实施例6

为证明本发明实施例1制备的Al-Ta中间合金的细化效果，制备了Al-7Si-1Ta合金，由以下重量百分比含量的元素组成：Si：7％，Ta：1％，余量为Al。未特别说明的制备步骤与实施例4相同，不同之处在于：

在所述步骤(5)中，Al-Ta中间合金按照Ta重量百分比1wt.％压入熔体。

图5为所得Al-7Si-1Ta合金的金相照片，由图片可以看出Al-Ta中间合金的细化效果。

对比例

为证明本发明制备的Al-Ta中间合金的细化效果，制备了未添加Al-Ta中间合金的Al-7Si合金作为对比，由以下重量百分比含量的元素组成：Si：7％，余量为Al。未特别说明的制备步骤与实施例3相同，不同之处在于：

在所述步骤(5)中，不添加Al-Ta中间合金。

图6为所得Al-7Si合金的金相照片，由图片可以看出，未添加Al-Ta中间合金的Al-7Si合金，α-Al和共晶硅的晶粒尺寸均大于加入Al-Ta中间合金的Al-7Si合金。

图7为Al-Ta中间合金对Al-7Si合金细化变质效果图，由图片可以看出，细化效果显著。加入Al-Ta中间合金后，Al-7Si合金晶粒组织变得更细、更加均匀。

综合上述实施例可知，本发明公开了一种铸造铝合金用Al-Ta中间合金及其制备方法和应用。该合金由以下质量百分比的组分组成：2～20wt.％的Ta，余量为Al。Al-Ta中间合金的物相包括α-Al、TaAl

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。