B2O3和K2TiF6制备Al-Ti-B中间合金晶粒细化剂.doc

B2O3和K2TiF6制备Al-Ti-B中间合金晶粒细化剂 Yucel Birol * 土耳其科贾埃利盖布泽国家研究理事会，马尔马拉研究中心材料系 2006年9月14日初稿；2006年10月3日修订； 2006年10月4日定稿；2006年11月9日论文在线发表 摘要：取代氟盐法过程中的氟钛酸盐是非常可行的，减少了铝熔体中含氟粒的添加量。许多方法都依靠氧化硼来提供硼元素，目前的研究中这一方法被用来制取Al-5Ti-B晶粒细化剂。用氧化硼完全取代氟盐法过程中的氟钛酸盐不仅降低了晶粒细化的效果，随着渣滓的产生，而且降低了熔化物的流动性使铸造更加困难当氧化硼与除渣助熔剂预先混合促进氧化物从熔融合金的分离时，我们发现熔体微观结构和晶粒细化效率都有了显著的改善。但是，在这一研究中未考虑因氧化硼而产生的颗粒物质的用量。当氧化硼和氟钛酸钾一起来提供硼元素时所达到的钛的实收率和晶粒的细化效率，几乎与单独氟钛酸钾的效率一样。我们因此得出结论，氟钛酸钾可以用氧化硼取代，但只是部分取代，其优势在于不损失晶粒细化效率的前提下具有更低的氟化物排放量和颗粒物添加量。 关键字：金属；铸造；Al-Ti-B中间合金；晶粒细化 1.概述 铝行业很大程度上主要依赖于Al–Ti–B中间合金三元体系晶粒细化剂控制铸造晶粒尺寸[1,2]。一个典型的做法是在熔融过程中添加铝钛硼晶粒细化剂棒。因而可获得均匀，精细，等轴晶粒组织，不仅可以获得更高的机械性能和表面质量，而且还保证了合金的均质性，以及良好的铸造性，减少铸件后续加工费用。虽然已经很多方法已为铝生产提供Al–Ti–B晶粒细化剂合金[3-17]，其中最受欢迎的是在熔融铝加入KBF4和K2TiF6混合盐[3]。 传统的氟盐法过程中所采用的KBF4 和K2TiF6所含的B和Ti元素相对较少。熔融铝中必须加入大量的盐（近370千克KBF4 - K2TiF6混合物生产1吨Al-5Ti-1B铝晶粒细化剂合金）。虽然这些卤化物，特别是KBF4，昂贵的原料组成大大增加了生产成本。其中有相当一部分花费是没有用的，会引起更多的氟化物排放量和麻烦的残渣处理另外，大量颗粒物质所造成的熔体冷却的热量损失很难由它带来的放热反应弥补。因而，人们非常希望，用其它B和Ti含量更高的前体化合物取代这些卤化物.近来提出了几种可供选择的B和Ti原料替代KBF4与K2TiF6盐[18-25]。目前进行的研究在Al-5Ti-1B细化晶粒制取过程中用B2O3代替KBF4。与KBF4相比，B2O3的硼含量高出近4倍，并且价格更便宜.我们研究了几种采用氧化硼不同的方法，以确定最佳的做法。 2.实验 参考文献[15]介绍的方法用来制取4次试验所用的Al-5Ti-1B晶粒细化剂合金，每一次一公斤的量（表1）。第一个实验所包含了KBF4和K2TiF6盐的商业纯度预混并加入到液态铝，以获得一个标准的晶粒细化剂（合金1）。在下面的实验中，KBF4完全B2O3被取代，得到合金2。这种做法，能产生每千克晶粒细化剂合金八十四克颗粒的添加量。 表一：制备1000gAl - 5Ti - 1B晶粒细化剂时原料添加量 合金 K2TiF6 KBF4 B2O3 flux 总量 1 - 116.4 - - 367.1 2 250.7 - 32.2 - 282.9 3 - - 32.2 70 352.9 4 - 58.2 16.1 - 325.0 第三次实验中B2O3再次作为B的载体化合物的，加入到熔体前预先除渣，再混合（合金3）。最后的实验制取合金4，只有一半的Al-5Ti-1B合金B含量来源于氧化硼，其余的以KBF4形式提供.为避免混合废盐和氧化物的在熔体内混合，合金熔体放置于800℃的电阻炉30分钟。熔融的钾-铝-氟盐最后迁至，其渣泽被撇去同时熔体充分的搅拌将沉淀颗粒混匀，然后才转入模具浇铸。 实验中制取的中间合金使用参考文献[15]描述的测试方法对其细化效率进行了评估。按标准金相制样方法制样，然后用0.5％的HF试剂腐蚀并拍摄宏观组织照片.通过x射线衍射确定铝基中不溶性硼化物颗粒。 3. 结论和分析 用现在最常用的氟盐法产生的钛的实收率期望达到99.4％[15,16]。大量的可溶性铝化物和不溶性硼化物分散在α-Al相