一种基于碳氮化钛的铝合金晶粒细化剂及其制备方法

摘要

本发明涉及一种基于碳氮化钛的铝合金晶粒细化剂，采用单质铜作为包覆层来改善碳氮化钛与铝液的润湿性。本发明的制备方法包括：（1）超声环境下，将碳氮化钛粉末加入氢氟酸溶液中粗化。（2）将粗化后的粉末加入到二价锡离子溶液中敏化。（3）将敏化后的粉末加入到硝酸银溶液中活化。（4）超声环境下，将活化后的粉末放入镀铜液中进行化学镀铜，反应结束后，抽滤取出粉末，经洗涤、干燥后得到最终产物。在铝合金的冶炼过程中，该复合晶粒细化剂与铝液具有较好的接触润湿性，能够均匀地分散到铝液中，作为形核核心，起到较好的晶粒细化效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的铝合金晶粒细化剂，属于新材料领域。

背景技术

随着铝合金的应用愈加广泛，其综合力学性能和加工性能的要求也越来越高。获得均匀、细小的晶粒组织是提高合金性能的有效手段。加入细化剂，作为异质形核核心，能大幅提高形核率，有效细化晶粒。碳氮化钛因其具有高熔点、高稳定性可作为异质形核剂，用于细化铝合金，碳氮化钛具有添加量小、使用方便、长效性好的优点。然而，因其与铝液润湿性不够理想，同时，碳氮化钛本身的比重轻，在铝液中不易加入且难以分散，限制了碳氮化钛作为铝合金晶粒细化剂的应用。铜是铝合金常见的添加元素，铜在铝中通过固溶强化或者弥散强化改善合金的性能。本发明拟在碳氮化钛粉体表面镀上一层铜层，从而改善碳氮化钛与铝液直接接触润湿性差的问题，并改善碳氮化钛在铝液中的均匀分散性，最终获得较好的晶粒细化效果。

发明内容

本发明的目的是通过对碳氮化钛颗粒进行铜层包覆，克服其作为异质形核颗粒与铝液润湿性差的问题，并改善碳氮化钛颗粒在铝液中的均匀分散性，获得较好的晶粒细化效果。

本发明的上述目的是通过以下方案来实现的：

将单质铜包覆在碳氮化钛表面形成稳定的核壳结构，其中核心层为球形或者类球形的碳氮化钛颗粒，其颗粒尺寸范围在10nm～1μm，表层为单质铜，铜层厚度范围为5nm～2μm，由铜层提供与铝液之间较好的接触润湿性。

本发明的新型碳氮化钛铝合金晶粒细化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）超声环境下，将碳氮化钛粉体加入氢氟酸溶液（50.0 g/L）中粗化10-30 min，然后采用去离子水冲洗碳氮化钛粉体2-3次；

（2）将粗化后的粉末加入到二价锡离子溶液（10.0g/L）中敏化20-40 min，然后采用去离子水冲洗碳氮化钛粉体2-3次；

（3）将敏化后的粉末加入到硝酸银溶液（2.0g/L）中活化5-20 min，然后采用去离子水冲洗碳氮化钛粉体2-3次；

（4）超声环境下，将活化后的粉末放入镀铜液中进行化学镀铜，镀上厚度为5nm～2μm的铜层。

（5）反应结束后抽滤取粉末，分别用无水乙醇和去离子水洗涤干净，最后在真空炉中180℃下干燥4h得到最终产物。

上述化学镀铜液的配方为：硫酸铜4.0～16.0 g/L，甲醛15.0～20.0 mL/L，酒石酸钾钠14.0～16.0 g/L，乙二胺四乙酸二钠25.0~30 g/L。溶液pH 11.5～12.5，温度30℃。

本发明的有益效果在于：（1）铜对碳氮化钛粉体的包覆均匀、完整，在铝合金冶炼过程中，该细化剂可解决碳氮化钛粉体颗粒与铝液润湿性差，不易直接加入的问题，提高碳氮化钛颗粒在铝液中的的均匀分散性，最终获得较好的晶粒细化效果；（2）包覆层为单质铜，此包覆层可作为向铝中添加微量铜元素的方法，改善铝合金的强度。

具体实施方式

实施例1

超声环境下，将1.0 g碳氮化钛粉体加入氢氟酸溶液（50.0 g/L）中粗化20 min，然后采用去离子水冲洗碳氮化钛粉体2-3次；将粗化后的粉末加入到二价锡离子溶液（10.0g/L）中敏化30 min，为防止二价锡氧化为四价锡，加入数颗锡粒，然后采用去离子水冲洗碳氮化钛粉体2-3次；将敏化后的粉末加入到硝酸银溶液（2.0g/L）中活化10 min，然后采用去离子水冲洗碳氮化钛粉体2-3次；配置500mL化学镀铜液，化学镀铜液的配方为：硫酸铜16.0 g/L，甲醛15.0 mL/L，酒石酸钾钠14.0g/L，乙二胺四乙酸二钠25.0 g/L，pH值调整到 12，温度30℃，超声环境下，将活化后的粉末放入500 mL镀铜液中进行化学镀铜，反应结束后抽滤取出粉末，分别用无水乙醇和去离子水洗涤干净，最后在真空炉中180℃下干燥4h得到最终产物。

实施例2

超声环境下，将2.0 g碳氮化钛粉体加入氢氟酸溶液（50.0 g/L）中粗化20 min，然后采用去离子水冲洗碳氮化钛粉体2-3次；将粗化后的粉末加入到二价锡离子溶液（10.0 g/L）中敏化30 min，为防止二价锡氧化为四价锡，加入数颗锡粒，然后采用去离子水冲洗碳氮化钛粉体2-3次；将敏化后的粉末加入到硝酸银溶液（2.0 g/L）中活化10 min，然后采用去离子水冲洗碳氮化钛粉体2-3次；配置300mL化学镀铜液，化学镀铜液的配方为：硫酸铜5.0 g/L，甲醛15.0 mL/L，酒石酸钾钠14.0g/L，乙二胺四乙酸二钠25.0 g/L，pH 值调整到11.5，温度30℃，超声环境下，将活化后的粉末放入300 ml镀铜液中进行化学镀铜。反应结束后抽滤取出粉末，分别用无水乙醇和去离子水洗涤干净，最后在真空炉中180℃下干燥4h得到最终产物。