一种Al-Sc-B中间合金及其制备方法和应用

本发明涉及铝合金熔炼，尤其涉及一种al-sc-b中间合金及其制备方法和应用。

背景技术：

1、本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、微合金化是提高铝合金性能的重要技术，在所有的微合金化元素中，钪(sc)元素的作用最显著，sc在研发高强韧、高耐蚀、高耐热铝合金等方面均展现出巨大潜力，含sc铝合金因而受到广泛关注，已成为继al-li合金之后最具竞争力的高性能铝合金材料。目前已开发了al-mg-sc，al-zn-mg-(cu)-sc，al-mg-li-sc，al-cu-li-sc等系列合金，产品主要瞄准航天、航空、舰船等高端关键构件。

3、在含sc铝合金在生产过程中，即使添加al-ti-b晶粒细化剂，仍面临铝晶粒难以细化的难题，进而导致出现铸造缺陷明显、成分偏析严重等一系列问题，这主要是由于sc元素使al-ti-b晶粒细化剂中毒而几乎失去细化效果。另外，含sc铝合金中一般均含有zr元素，zr也使al-ti-b晶粒细化剂中毒。虽然sc、zr元素本身对铝晶粒有细化作用，但sc、zr元素添加量较大才能起到晶粒细化效果，添加量超过其在铝中的固溶度，凝固过程中会形成粗大的al3(scxzr1-x)相，对合金性能不利。由于sc是一种十分昂贵的材料，添加量过高还极大地提高了生产成本。此外，增加al-ti-b的添加量可以获得更细的晶粒组织，但是ti的过量添加会降低sc在铝中的固溶度，使其后续抑制再结晶的能力下降，相当于损坏了sc微合金化的核心功能，得不偿失。

4、因此，开发一种成本较低、晶粒细化效果好且适用于含sc、含zr铝合金的晶粒细化剂是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种al-sc-b中间合金及其制备方法和应用，该al-sc-b中间合金中含有scb2粒子和过剩sc元素，过剩sc发挥微合金化作用，scb2粒子可作为al的形核核心，实现晶粒细化，解决了单一sc元素细化效果不足的问题；同时能够避免sc中毒和zr中毒现象。

2、第一方面，本发明提供了一种al-sc-b中间合金的制备方法，所述al-sc-b中间合金原料按重量百分比包括：sc：0.5～8％，b：0.01～3％，且sc/b≥2.1，fe＜0.2％，si＜0.2％，其余杂质元素单种含量≤0.05％、其余杂质元素总量≤0.15％，余量为al；

3、所述制备方法包括如下步骤：

4、按照原料配比进行配料，在800～1200℃的温度下进行合金熔炼，熔炼保温5～30min以生成scb2粒子，然后进行铸造成型制得al-sc-b中间合金。

5、优选的，所述配料步骤中，al源选自纯铝，sc源选自纯sc或al-sc合金，b源选自al-b合金或kbf4。

6、优选的，合金熔炼温度为900～1100℃，熔炼保温时间为15～25min。

7、优选的，在铸造成型步骤之后还包括冷轧处理或热变形处理；所述热变形处理的温度为400～550℃。

8、第二方面，本发明提供了上述制备方法制备得到的al-sc-b中间合金。

9、第三方面，本发明提供了上述al-sc-b中间合金的应用，所述应用为将所述al-sc-b中间合金作为含sc和/或含zr铝合金的晶粒细化剂。

10、优选的，所述晶粒细化剂在含sc和/或含zr铝合金中的质量分数为0.2～2％。

11、第四方面，本发明提供了一种含sc和/或zr的铝合金的晶粒细化方法，包括如下步骤：

12、将上述al-sc-b中间合金加入到含sc和/或zr的铝合金熔体中，保温后浇铸成型，即可实现晶粒细化。

13、优选的，所述al-sc-b中间合金的添加量为含sc和/或zr的铝合金熔体质量的0.2～2％。

14、优选的，所述含sc和/或zr的铝合金熔体的温度为670～800℃。

15、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

16、本发明制备方法简单，制备得到的al-sc-b中间合金在制备过程生成了scb2粒子和过剩sc元素，过剩sc能够发挥微合金化作用，抑制再结晶，提高合金性能；scb2粒子可以作为al的形核核心，具有良好的晶粒细化效果，减少铸造缺陷，提高组织致密度和力学性能。此外，铝合金中sc元素和zr元素的存在不会造成本发明的al-sc-b中间合金中毒，而且本发明的al-sc-b中间合金添加量低，因此成本低。

技术特征：

1.一种al-sc-b中间合金的制备方法，其特征在于，所述al-sc-b中间合金原料按重量百分比包括：sc：0.5～8％，b：0.01～3％，且sc/b≥2.1，fe＜0.2％，si＜0.2％，其余杂质元素单种含量≤0.05％、其余杂质元素总量≤0.15％，余量为al；

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述配料步骤中，al源选自纯铝，sc源选自纯sc或al-sc合金，b源选自al-b合金或kbf4。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，合金熔炼温度为900～1100℃，熔炼保温时间为15～25min。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在铸造成型步骤之后还包括冷轧处理或热变形处理；所述热变形处理的温度为400～550℃。

5.如权利要求1～4任一项所述的制备方法制备得到的al-sc-b中间合金。

6.如权利要求5所述的al-sc-b中间合金的应用，其特征在于，所述应用为将所述al-sc-b中间合金作为含sc和/或含zr铝合金的晶粒细化剂。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述晶粒细化剂在含sc和/或含zr铝合金中的质量分数为0.2～2％。

8.一种含sc和/或zr的铝合金的晶粒细化方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的晶粒细化方法，其特征在于，所述al-sc-b中间合金的添加量为含sc和/或zr的铝合金熔体质量的0.2～2％。

10.如权利要求8所述的晶粒细化方法，其特征在于，所述含sc和/或zr的铝合金熔体的温度为670～800℃。

技术总结本发明公开了一种Al‑Sc‑B中间合金及其制备方法和应用，属于铝合金熔炼技术领域。本发明所述Al‑Sc‑B中间合金原料按重量百分比包括：Sc：0.5～8％，B：0.01～3％，且Sc/B≥2.1，Fe＜0.2％，Si＜0.2％，其余杂质元素单种含量≤0.05％、其余杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。所述制备方法包括如下步骤：按照原料配比进行配料，在800～1200℃的温度下进行合金熔炼，熔炼保温5～30min以生成ScB<subgt;2</subgt;粒子，然后进行铸造成型制得Al‑Sc‑B中间合金。本发明制备方法简单，Al‑Sc‑B中间合金中的ScB<subgt;2</subgt;粒子可以作为Al的形核核心，具有良好的晶粒细化效果，过剩Sc能够发挥微合金化作用，而且铝合金中Sc元素和Zr元素的存在不会造成本发明的Al‑Sc‑B中间合金中毒。技术研发人员：杨化冰,周吉学,宋晓村,程开明,吴建华,刘洪涛,王美芳受保护的技术使用者：山东省科学院新材料研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/11