第一節(jié) 國內(nèi)鋁基中間合金產(chǎn)品 技術(shù)工藝 研發(fā)動態(tài)

1、山東山大呂美熔體技術(shù)有限公司獲得專利

山東山大呂美熔體技術(shù)有限公司Al-P、Al-Si-P、Al-Ti-C、Al-Ti-C-B、Al-Ti-B、Al-C等鋁基中間合金和系列Si基、Ni基、Cu基、Mg基中間合金均獲國家發(fā)明專利。Al-P中間合金于2005年1月榮獲教育部技術(shù)發(fā)明二等獎，并被列為山東省高新技術(shù)產(chǎn)品；Al-Ti-B中間合金于2000年榮獲山東省科技進步一等獎。

2、稀土鋁鈦硼中間合金生產(chǎn)技術(shù)獲突破

2006年8月，江西理工大學陳本孝教授等5位 研究 人員完成的《直接電解法生產(chǎn)稀土鋁鈦硼中間合金》獲得圓滿成功，并獲得國家發(fā)明專利。該 研究 首創(chuàng)“直接電解法生產(chǎn)稀土鋁鈦硼中間合金”新技術(shù)，為國內(nèi)生產(chǎn)Al－Ti－B 細化劑開辟了新的途徑。

據(jù)了解，冶金 行業(yè) 中Al－Ti－B 細化劑主要是用鋁熱還原法和對滲法或兩法并用制成的，然而這些生產(chǎn)方法使用的原材料價格昂貴，生產(chǎn)時的反應溫度很高，使鋁的損失很大，能耗高，又污染環(huán)境，而且質(zhì)量不穩(wěn)定。存在著工藝復雜、成本高、鋁收率低等缺點。

針對這些情況，課題組成員基于對熔鹽電解共析的理論 分析 ，在工業(yè)鋁電解條件下，將組成這種合金的各種元素的氧化物直接加入常規(guī)的鋁工業(yè)電解槽中，按常規(guī)工作條件同步、一次性完成了Al－Ti－B－RE中間合金的電解試驗，并對工業(yè)純鋁進行了晶粒細化試驗，結(jié)果能使晶粒細化到完全符合稀土鋁鈦硼中間合金生產(chǎn)標準，具有工藝簡單、無需添加設備、成本低廉、鋁收率高、合金的細化效果好等優(yōu)點。電解法生產(chǎn)鋁鈦硼中間合金”的推廣使用，不僅可帶來可觀的經(jīng)濟效益，而且可減少該 行業(yè) 對環(huán)境的污染，取得良好的社會效益。

第二節(jié) 國外鋁基中間合金產(chǎn)品 技術(shù)工藝 研發(fā)動態(tài)

快速凝固粉末冶金技術(shù)始于20世紀60年代，Dixon首先制備了含45％Si的鋁硅合金，其初晶Si細小均勻。到90年代，由于汽車制造業(yè)對活塞材料的性能提出更高要求，快速凝固粉末冶金技術(shù)進入鼎盛時期，其中日本 研究 工作主要針對實際應用和具體產(chǎn)品的制造，而其他國家基本上處于基礎 研究 階段。國內(nèi)中南大學通過該方法制備的高硅（30％和40％Si）鋁合金中Si相細小且分布均勻，強度達到239Mpa，與同成分大致相同的鑄軋樣相比，強度提高了近77％。然而粉末冶金 技術(shù)工藝 復雜，成本高，粉末在貯存和運輸過程中易氧化等缺點。

噴射沉積是一種集快速凝固，半固態(tài)加工和近終成型技術(shù)于一體的工藝，與快速凝固粉末冶金技術(shù)相比，除具有快速凝固的細小均勻組織外，避免了粉末的制備，儲放等工序，周期短，效率高，氧含量低等特點。該技術(shù)在國外于20世紀80年代開始生產(chǎn)應用，國內(nèi)該技術(shù)的 研究 較晚，還處于實驗室 研究 階段。Osprey公司用噴射沉積方法制備了70％Si含量的鋁硅合金，其組織均勻，性能優(yōu)良。國內(nèi)有資料 研究 表明，噴射沉積制備的20％Si、30％Si鋁硅合金中Si相平均尺寸分別為5.228um、9.558um，粒徑僅為用粉末冶金法制備的1/2，且分布均勻。中南大學制備了40％Si含量的鋁硅合金，其組織主要由Si顆粒及少量孔洞組成，而沒有共晶組織出現(xiàn)，組織均勻細小，初晶Si得到了極大的細化。然而，噴射沉積所制備的錠坯存在一定的孔隙度，必須經(jīng)過后續(xù)加工如熱鍛、熱擠等方法來提高其致密性，進而提高合金的性能。

第三節(jié) 2007-2010年國內(nèi)外鋁基中間合金 技術(shù)工藝 研發(fā)成果回顧

1、目前已開發(fā)出的A1-Ti-B、Al-Ti-C、A1-TiC-B、A1-Ti-B-RE細化劑的細化效果和穩(wěn)定性有待深入認識和 研究 。

2、目前已提出的晶粒細化機制只能解釋細化過程中的部分現(xiàn)象，各機制之間有矛盾的地方，迄今還沒有一種理論可以完全解釋。

第四節(jié) 2011-2012年鋁基中間合金國內(nèi)外 技術(shù)工藝 研發(fā)趨勢 分析

由于稀土元素是表面活性物質(zhì)，易在鋁或鋁熔體的晶界和相面上吸附偏聚，填補晶面上的缺陷，從而阻礙TiB2和TiAl3的生長；同時因為稀土的作用，鋁熔體對Ti粒子的鋪層系數(shù)增大，使TiB2在熔體中不易聚集長大與沉淀，對減少鋁合金的枝晶組織有明顯效果。又由于稀土具有催化效應，對反應合成微細顆粒TiC具有重要的促進作用。

胡憲正等人的 研究 認為，稀土具有催化效應，對反應合成微細顆粒TiC具有重要的促進作用，添加稀土明顯加快反應速度。由于稀土的作用，改變了TiAl3、TiC的形態(tài)和分布，細化了TiC的尺寸，從而增加了形核基底數(shù)，減小了TiC的聚集傾向。A1-Ti-C-RE中間合金細化劑細化晶粒的效果優(yōu)于Al-Ti-C的，而且由于稀土的作用該細化劑明顯地細化了鋁合金的枝晶組織。

另外，基于Ti-C-B有如下優(yōu)點：(1)含有大量細小彌散分布的由Al3Ti、TiC、TiB2相組成的多相粒子團；(2)具有十分優(yōu)異的細化鋁晶粒的能力，同時還有很強的抗時間衰減能力；(3)對含zr的鋁合金有良好的細化作用，無“毒化”現(xiàn)象；(4)優(yōu)異的細化晶粒能力歸功于多相粒子團表面凹陷處的物理化學作用。而稀土有上述之優(yōu)點，因此A1-Ti-C-RE和A1-Ti-C-B-RE等多元中間合金晶粒細化劑將是今后的發(fā)展方向。

第五節(jié) 鋁基中間合金產(chǎn)品現(xiàn)行技術(shù)同類替代技術(shù)發(fā)展

快速凝固技術(shù)除直接應用于 Al-Si 合金的制備外，還可以應用于細化變質(zhì)劑的制備，來提高細化變質(zhì)劑的作用效果。國內(nèi)曾有人用快速凝固技術(shù)制備了 Al-Ti-B 中間合金和 Al-Ti-B-Sr 中間合金，而 Al-Ti-B-Sr 中間合金兼有細化和變質(zhì)的作用。由于中間合金在快速凝固條件下制備，其中的 TiAl3、TiB2、Al4Sr 等化合物的生長受到限制，所以尺寸較小，而且分布更加彌散。另外 Al-Ti-B-Sr 中間合金在快速凝固過程中產(chǎn)生許多位錯，增加了其內(nèi)部的能量及內(nèi)部細小化合物的表面能，提高了它們的形核和變質(zhì)能力，因而對鋁硅合金的細化、變質(zhì)也更加有效，合金的機械性能也有所提高，它較 Al-Ti-B 和 Al-Sr 兩種合金細化變質(zhì)處理的 Al-Si 合金抗拉強度和伸長率提高了約 10％和 25％。

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