铝基中间合金产品技术工艺研发动态与发展趋势分析

第一节 国内铝基中间合金产品技术工艺研发动态

1、山东山大吕美熔体技术有限公司获得专利

山东山大吕美熔体技术有限公司Al-P、Al-Si-P、Al-Ti-C、Al-Ti-C-B、Al-Ti-B、Al-C等铝基中间合金和系列Si基、Ni基、Cu基、Mg基中间合金均获国家发明专利。Al-P中间合金于2005年1月荣获教育部技术发明二等奖，并被列为山东省高新技术产品；Al-Ti-B中间合金于2000年荣获山东省科技进步一等奖。

2、稀土铝钛硼中间合金生产技术获突破

2006年8月，江西理工大学陈本孝教授等5位研究人员完成的《直接电解法生产稀土铝钛硼中间合金》获得圆满成功，并获得国家发明专利。该研究首创“直接电解法生产稀土铝钛硼中间合金”新技术，为国内生产Al－Ti－B 细化剂开辟了新的途径。

据了解，冶金行业中Al－Ti－B 细化剂主要是用铝热还原法和对渗法或两法并用制成的，然而这些生产方法使用的原材料价格昂贵，生产时的反应温度很高，使铝的损失很大，能耗高，又污染环境，而且质量不稳定。存在着工艺复杂、成本高、铝收率低等缺点。

针对这些情况，课题组成员基于对熔盐电解共析的理论分析，在工业铝电解条件下，将组成这种合金的各种元素的氧化物直接加入常规的铝工业电解槽中，按常规工作条件同步、一次性完成了Al－Ti－B－RE中间合金的电解试验，并对工业纯铝进行了晶粒细化试验，结果能使晶粒细化到完全符合稀土铝钛硼中间合金生产标准，具有工艺简单、无需添加设备、成本低廉、铝收率高、合金的细化效果好等优点。电解法生产铝钛硼中间合金”的推广使用，不仅可带来可观的经济效益，而且可减少该行业对环境的污染，取得良好的社会效益。

第二节 国外铝基中间合金产品技术工艺研发动态

快速凝固粉末冶金技术始于20世纪60年代，Dixon首先制备了含45％Si的铝硅合金，其初晶Si细小均匀。到90年代，由于汽车制造业对活塞材料的性能提出更高要求，快速凝固粉末冶金技术进入鼎盛时期，其中日本研究工作主要针对实际应用和具体产品的制造，而其他国家基本上处于基础研究阶段。国内中南大学通过该方法制备的高硅（30％和40％Si）铝合金中Si相细小且分布均匀，强度达到239Mpa，与同成分大致相同的铸轧样相比，强度提高了近77％。然而粉末冶金技术工艺复杂，成本高，粉末在贮存和运输过程中易氧化等缺点。

喷射沉积是一种集快速凝固，半固态加工和近终成型技术于一体的工艺，与快速凝固粉末冶金技术相比，除具有快速凝固的细小均匀组织外，避免了粉末的制备，储放等工序，周期短，效率高，氧含量低等特点。该技术在国外于20世纪80年代开始生产应用，国内该技术的研究较晚，还处于实验室研究阶段。Osprey公司用喷射沉积方法制备了70％Si含量的铝硅合金，其组织均匀，性能优良。国内有资料研究表明，喷射沉积制备的20％Si、30％Si铝硅合金中Si相平均尺寸分别为5.228um、9.558um，粒径仅为用粉末冶金法制备的1/2，且分布均匀。中南大学制备了40％Si含量的铝硅合金，其组织主要由Si颗粒及少量孔洞组成，而没有共晶组织出现，组织均匀细小，初晶Si得到了极大的细化。然而，喷射沉积所制备的锭坯存在一定的孔隙度，必须经过后续加工如热锻、热挤等方法来提高其致密性，进而提高合金的性能。

第三节 2007-2010年国内外铝基中间合金技术工艺研发成果回顾

1、目前已开发出的A1-Ti-B、Al-Ti-C、A1-TiC-B、A1-Ti-B-RE细化剂的细化效果和稳定性有待深入认识和研究。

2、目前已提出的晶粒细化机制只能解释细化过程中的部分现象，各机制之间有矛盾的地方，迄今还没有一种理论可以完全解释。

第四节 2011-2012年铝基中间合金国内外技术工艺研发趋势分析

由于稀土元素是表面活性物质，易在铝或铝熔体的晶界和相面上吸附偏聚，填补晶面上的缺陷，从而阻碍TiB2和TiAl3的生长；同时因为稀土的作用，铝熔体对Ti粒子的铺层系数增大，使TiB2在熔体中不易聚集长大与沉淀，对减少铝合金的枝晶组织有明显效果。又由于稀土具有催化效应，对反应合成微细颗粒TiC具有重要的促进作用。

胡宪正等人的研究认为，稀土具有催化效应，对反应合成微细颗粒TiC具有重要的促进作用，添加稀土明显加快反应速度。由于稀土的作用，改变了TiAl3、TiC的形态和分布，细化了TiC的尺寸，从而增加了形核基底数，减小了TiC的聚集倾向。A1-Ti-C-RE中间合金细化剂细化晶粒的效果优于Al-Ti-C的，而且由于稀土的作用该细化剂明显地细化了铝合金的枝晶组织。

另外，基于Ti-C-B有如下优点：(1)含有大量细小弥散分布的由Al3Ti、TiC、TiB2相组成的多相粒子团；(2)具有十分优异的细化铝晶粒的能力，同时还有很强的抗时间衰减能力；(3)对含zr的铝合金有良好的细化作用，无“毒化”现象；(4)优异的细化晶粒能力归功于多相粒子团表面凹陷处的物理化学作用。而稀土有上述之优点，因此A1-Ti-C-RE和A1-Ti-C-B-RE等多元中间合金晶粒细化剂将是今后的发展方向。

第五节 铝基中间合金产品现行技术同类替代技术发展

快速凝固技术除直接应用于 Al-Si 合金的制备外，还可以应用于细化变质剂的制备，来提高细化变质剂的作用效果。国内曾有人用快速凝固技术制备了 Al-Ti-B 中间合金和 Al-Ti-B-Sr 中间合金，而 Al-Ti-B-Sr 中间合金兼有细化和变质的作用。由于中间合金在快速凝固条件下制备，其中的 TiAl3、TiB2、Al4Sr 等化合物的生长受到限制，所以尺寸较小，而且分布更加弥散。另外 Al-Ti-B-Sr 中间合金在快速凝固过程中产生许多位错，增加了其内部的能量及内部细小化合物的表面能，提高了它们的形核和变质能力，因而对铝硅合金的细化、变质也更加有效，合金的机械性能也有所提高，它较 Al-Ti-B 和 Al-Sr 两种合金细化变质处理的 Al-Si 合金抗拉强度和伸长率提高了约 10％和 25％。

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