钛硼晶粒细化剂
铝钛硼晶粒细化剂的研究现状与发展趋势
・
轻金属材料 ・
铝 钛 硼 晶粒 细 化剂 的研 究现 状 与 发展 趋 势
徐进 军 ， 邓运来 ， 康 唯 ， 熊 纯
（ １ ． 长 沙航 空职 业技 术 学 院航 空机 电设备 维修 学院 ， 湖南 长 沙 ４ １ ０ １ ２ ４； ２ ． 中南 大学 轻 合金研 究学 院 ， 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ ８ ３ ；
Ｄ０Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ６ ６ ２ ／ ｊ ． ｅ ｎ ｋ ｉ ． ｑ ｊ ｓ ． ２ ０ １ ６ ． １ １ ． ０ １ ３
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Ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ｅ ｎｄ ｓ ｏ ｆ ＡＩ—Ｔｉ—Ｂ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｒ ｅ ｉｎｅ ｆ ｒ ｓ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｒａ ｇ ｉ ｎ ｒ ｅ ｉｎ ｆ ｅ ｒ ；ｍａ ｎ ｆａ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ；ｎ ｅ ｗ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ；ｈ ｇ ｉ ｇ ｈ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ
铝及 铝合 金是 国民经济 发展 中不 可缺 少 的重 要
３ ． Ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ Ａ ｓ ｓ ｕ ｒ ａ ｎ ｃ ｅ ， Ｃ ｏ ｍ ｍ ｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ Ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｔ ｆ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆＣ ｈ ｉ ｎ ａ Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ １ ２ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
表 １ 铝 钛 硼 晶 粒 细 化 剂 的 研 究 历 程
时间 Ａ ｌ — Ｔ ｊ — Ｂ晶粒细化剂代表产品 Ｒ ｏ ｓ ｅ ｎ ｈ ａ ｉ ｎ 等人首次提出 Ｔ ｉ 对铝锭的细化作用
ZL101铝硅合金中钛硼细化剂添加比例的影响
ZL101铝硅合金中钛硼细化剂添加比例的影响黄长虹;秦华;叶锦华【摘要】目的研究ZL101铝硅合金中添加钛硼细化剂的最优比例.方法采用不同添加比例,制备一定数量的同种零件,并检测零件的强度、塑性和晶粒尺寸,以箱线图来对比不同添加比例对强度、塑性的影响,以散点图来表现不同添加比例对晶粒尺寸的影响.结果不添加时,晶粒尺寸最大,强度和塑性也最差.随着钛硼细化剂添加比例的增大,晶粒尺寸逐步得到细化,强度和塑性也随之提高,当钛硼细化剂的质量分数超过0.1％后,细化效果逐步减弱;当质量分数为0.3％和0.1％时,强度、塑性方面基本区别不大.结论钛硼细化剂的质量分数为0.1％～0.15％是最优的添加比例.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2018(010)002【总页数】3页(P130-132)【关键词】ZL101;钛硼细化剂;强度;塑性;晶粒尺寸;最优比例【作者】黄长虹;秦华;叶锦华【作者单位】苏州安路特汽车部件有限公司,江苏苏州 215000;苏州安路特汽车部件有限公司,江苏苏州 215000;苏州安路特汽车部件有限公司,江苏苏州 215000【正文语种】中文【中图分类】TG156ZL101A和ZL201等是铸造铝合金中经常添加的含钛细化剂，当其加入到铝熔体后，细化剂中的三铝化钛、二硼化铝和二硼化钛弥散在铝熔体中，通过这些金属化合物影响α-Al形核和生长，从而实现细化晶粒[1—3]。
晶粒细化可以给铝合金铸件带来一系列的好处，如改善机械性能、改善凝固时的补缩能力、提高铸件致密度、减少铸造疏松和裂纹、改善内部冶金质量等[4—5]。
添加比例对铝硅合金细化效果的影响以及性价比最高的目标添加比例需要进一步研究。
文中设计了一组实验，目的是比较不同钛硼细化剂添加比例对硬度、强度、伸长率及晶粒度的影响，从而得出 ZL101铝硅合金中钛硼细化剂的最优添加比例，以指导实际生产过程。
1 实验1.1 实验设计力学性能测试：分别取钛硼细化剂质量分数为0%, 0.09%, 0.3%的ZL101铝液，精炼合格后，经过相同铸造机压铸成种类A零件，每种比例各13件样品，X射线检测合格后进行热处理，在同一位置进行锯切和车削，制成拉伸试棒，在拉伸试验机进行室温拉伸测试，并由布氏硬度计压点测试硬度。
稀土铝钛硼晶粒细化剂的研究现状
稀土铝钛硼晶粒细化剂的研究现状胡华;黄雅莹;胡治流【摘要】Al-Ti-B-RE中间合金是一种高效长久的新型细化剂,其效果优于进口的Al-Ti-B,是目前最具有研发价值和最具有潜力的铝用晶粒细化剂之一.综述了稀土铝钛硼晶粒细化剂的研究进展,详细介绍了稀土铝钛硼晶粒细化剂的应用效果、细化机理及制备方法,分析了现有技术存在的问题,展望了稀土铝钛硼晶粒细化剂未来的发展方向.【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2014(008)002【总页数】5页(P73-77)【关键词】Al-Ti-B-RE;细化剂;细化机理;制备方法【作者】胡华;黄雅莹;胡治流【作者单位】广西大学材料科学与工程学院,广西南宁 530004;广西大学材料科学与工程学院,广西南宁 530004;广西大学材料科学与工程学院,广西南宁 530004【正文语种】中文【中图分类】TG146.2随着铝及其合金在飞机、汽车以及其他结构件等工业领域的广泛应用，人们对其在后续深加工工艺中的组织、性能提出了更为严格的要求，而影响其组织和性能的关键因素之一是熔铸出细小均匀的铸态晶粒组织.晶粒越细，金属材料的强度、塑性和韧性等综合机械性能就越好.而向铝熔体添加中间合金获得细小均匀的组织是目前生产中最简便和常用的方法.目前，铝合金晶粒细化剂主要有Al-Ti，Al-B，Al-Ti-B，Al-Ti-C等，其中Al-Ti-B 合金细化剂因其制备方法简单、价格低廉、性能稳定而成为铝工业使用最广泛的细化剂.尽管Al-Ti-B合金细化剂在一定程度上满足了生产的需要，但由于本身的性能缺陷使其在高档箔材的轧制上受到限制，以及对含Zr、Cr及Mn等元素的铝合金(高强度合金)的细化作用减弱甚至失效，造成晶粒组织不均匀.针对这些问题，近年来研究人员通过将稀土的变质、净化、除气等作用与Al-Ti-B中间合金的细化作用结合起来，开发出新型Al-Ti-B-RE中间合金晶粒细化剂.1 晶粒细化剂的发展铝晶粒细化剂的发展是从20世纪40年代开始的，使用的晶粒细化剂以盐类为主.到了60年代，由于无芯感应炉的使用，中间合金工业得到了迅猛发展.最早开发的是Al-Ti二元合金，后来人们发现Al-Ti合金中引入B可以增强细化能力以及提高稳定性和长效性，于是诞生了Al-Ti-B中间合金锭材.70年代中期，美国研制出Al-Ti-B中间合金线材[1]，用喂丝机连续加入到流槽中.此后10余年中，美国的KBA公司、英国的LSM公司、SMC公司和荷兰的KBM公司等，以及国内的一些研发机构都陆续开发出直径为9～10 mm的中间合金线材，目前世界铝工业75%以上使用此类产品.70年代到80年代，晶粒细化剂供应工业针对不同的铝合金开发出多种细化剂，其中一个重要的研究方向是不断改变Ti/B比.目前，最常用的仍然是Al-5Ti-1B.优质的Al-Ti-B细化剂可以取得理想的细化效果，但其内部TiB2容易聚集、沉淀，同时Cr，Zr，Mn等杂质元素还会与Ti反应出现中毒现象.90年代后，人们开发出Al-Ti-C和Al-Ti-B-RE等新型细化剂.在此基础上，又出现了一些复杂多元的细化剂，如Al-Ti-C-B，Al-Ti-C-RE等，但都没有得到广泛推广.Al-Ti-B-RE中间合金是近年来开发的一种新型细化剂.研究发现，稀土可以改善Al-Ti-B中的TiB2，TiAl3粒子的形态和分布，还能细化TiAl3粒子，从而增加异质晶核数目，提高细化效果.另外，RE具有变质、精练净化、除气等作用，可以提高铝合金的综合机械性能.Al-Ti-B-RE细化剂很好地解决了TiB2聚集、沉淀和细化剂中毒的问题.福州大学、福州冶金研究所、兰州理工和中南大学等单位在Al-Ti-B 中间合金的基础上着重研究Al-Ti-B-RE中间合金，赣州铝厂建立了年产稀土铝钛硼锭100 t、稀土铝钛硼丝400 t的生产线[2].2 稀土铝钛硼细化剂的细化效果近年来，研究人员通过各种方法制备了Al-Ti-B-RE中间合金并对其细化效果进行了检验.2.1 不同细化剂的细化效果傅高升等[3]采用Al-10Ti，Al-5Ti-1B，Al-3Ti-1B-1RE对罐用铝材进行细化试验.试验结果如表1.表1显示，传统的Al-Ti细化剂效果最差，采用进口Al-Ti-B或Al-Ti-B-RE细化剂处理后，平均晶粒尺寸明显减小.其中，Al-Ti-B-RE的细化效果最好，这表明Al-Ti-B-RE中间合金的细化效果显著.表1 不同细化剂的晶粒细化效果Table 1 The grain refining effect of different refiners细化剂种类宏观晶粒组织特征平均晶粒尺寸/μm试验条件未细化处理粗大柱状晶Al-10Ti粗大等轴晶451.3进口Al-5Ti-1B细小等轴晶338.7Al-3Ti-1B-1RE细小等轴晶332.4细化剂加入量w (Ti)=0.05%;处理温度740℃,静置20min 后浇注2.2 Al-Ti-B-RE细化剂的抗衰退性任峻等[4]分别将Al-Ti-B-RE和Al-Ti-B丝细化剂加入纯铝中进行试验，结果发现Al-Ti-B-RE细化剂能有效改善Al-Ti-B丝的衰退和“中毒”现象，细化能力增强.表2是细化剂抗衰退性试验结果.表2 细化剂抗衰退性试验结果Table 2 The refining agent recession resistance effect保湿时间/min011020304050晶粒尺寸/μm60.265.695.1121.5132.7116.8108.32.3 Al-Ti-B-RE中间合金细化处理对力学性能的影响傅高升等[5]用Al-3Ti-1B-1RE中间合金对罐用铝材进行细化处理.表3为经中间合金细化处理的罐用铝材拉伸试样性能的测试结果.表3 中间合金细化处理对罐用铝材力学性能的影响Table 3 Master alloy refining treatment on the mechanical properties of aluminum cans细化剂种类σb/MPaσb提高幅度/MPaδ/%δ提高幅度/%备注未细化处理65.715.4进口Al-5Ti-1B76.9117.125.062.3Al-3Ti-1B-1RE80.0621.927.880.5细化剂加入量w(Ti)=0.07%;处理温度740℃,静置10min由表3可知，与未细化处理相比，采用细化剂处理后的罐用铝材抗拉强度和伸长率都显著提高，尤其经Al-3Ti-1B-1RE处理后，铝材的力学性能提高最显著.3 稀土铝钛硼晶粒细化剂的细化机理关于Al-Ti-B-RE中间合金的细化机理，虽已做了大量研究但还不成熟，特别是没有对Al-Ti-B-RE中间合金的第二相以及反应的热力学和动力学进行深入分析.一部分观点支持Al-Ti-B中间合金对铝合金细化机理中的包晶理论.有人认为[6]，在铝液中加入稀土铝钛硼合金后，合金中的TiB2，AlB2，TiAl3及稀土化合物(如LaSi2)等金属化合物在铝液中呈极细颗粒，高度分散于金属液中.当铝液冷却到一定过冷度时，这些颗粒与铝液发生包晶、共晶等反应.当包晶反应生成新相时，固相和液相须经过一个扩散的阻碍层，形核后的新相被不同浓度的液相所包围，起着非均质形核的基底作用.共晶反应较快地形成新相，这些新相也可起着非均质形核的核心作用.铝液中固溶B，Ti，RE等元素，相对增大了铝液的过冷度，这样使晶粒得到细化.TiB2，AlB2，TiAl3及稀土化合物高度弥散分布将会成为晶粒长大的抑制剂，阻碍铝液中晶粒长大.另一部分观点支持Al-Ti-B中间合金对铝合金细化机理中的粒子理论.有人认为[7]，Al-Ti-B-RE中的稀土极易与Al，Ti生成Al-Ti-RE化合物或(RE，Ti)Al3，生成的化合物在铝熔体中快速熔解，降低了表面能，增加了铝熔体对硼化物、铝化物的润湿性，使TiB2颗粒表面的铺张系数增加而不易产生紧密团块.既达到了抑制衰退、长时间保持细化效果的目的，又充分发挥了它们的异质核作用，使细化效果增强. 有研究者认为[8]，以化合物形式存在的AlTiRE相(Ti2Al20La，Ti2Al20Ce等)与TiAl3相在热力学上是不稳定的，细化过程中随温度的升高，化合物Al-Ti-RE熔解释放出来的稀土元素，加上细化剂中存在的游离态稀土元素，与第二相粒子上的活性触点相互结合形成“保护膜”，能在一定程度上降低TiAl3颗粒的自由能，使得TiAl3颗粒在铝熔体中能够存在更长的时间，从而使Al-Ti-B-RE细化剂的衰退延时性得到较大提高.另外，稀土元素的“膜化作用”，可阻止细化剂中第二相粒子的聚集长大，增加异质晶核的数量，提高细化剂细化能力.有研究者认为[9]稀土元素与金属铝、某些合金元素或杂质(Fe，Si，S等)形成的高熔点化合物充当了异质晶核，在晶界析出，由于钉扎作用而阻止晶粒长大.此外，稀土表面活性高，能降低晶核表面能，增大结晶形核率.有研究者认为[10]，由于稀土元素在铝熔体中的固溶度极低且属表面活性类物质，容易在晶界和相界面上吸附偏聚，填补界面上的缺陷，从而阻碍TiB2，TiAl3 晶体的生长，起到了细化TiB2，TiAl3 的作用.目前提出的理论可以归纳为两种：一种是稀土与铝形成的高熔点化合物充当了异质形核，从而提高了细化能力；另一种是稀土降低了铝熔体的表面能而引起细化.陈亚军等[11]对Al-5Ti-1B-1RE的细化长效性作了深入研究：稀土元素可以降低铝熔体表面的活化能，提高铝熔体在TiB2和TiAl3表面的润湿度，特别是增加铝熔体在TiB2表面的扩散系数，使其充分发挥异质形核作用.此外，它还能阻碍TiB2团聚，从而提高了细化长效性.4 稀土铝钛硼晶粒细化剂的制备4.1 Al-Ti-B-RE的制备方法目前，国内外研制Al-Ti-B-RE中间合金细化剂的主要方法是在制备Al-Ti-B中间合金的基础上，引入稀土元素.关于制备中间合金晶粒细化剂的方法，按制备工艺可分为：电解法、铝热还原法、自蔓延高温合成法等，按原料可分为氧化物法、氟盐法、纯钛颗粒法等.4.1.1 电解法电解法[12]是在工业铝电解的条件下，将组成Al-Ti-B-RE中间合金的各元素的氧化物(TiO2，B2O3，RE2O3)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，该方法具有工艺简单、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.该法的缺点是难以生产Ti和B含量较高的Al-Ti-B-RE合金.4.1.2 铝热还原法铝热还原法[13]类似于置换法，是用纯铝在高温下还原TiO2和B2O3等氧化物并重熔的方法制取Al-Ti-B中间合金，然后在熔体中添加稀土制成Al-Ti-B-RE中间合金.铝热还原反应温度在1200 ℃以上，不易操作，反应速率慢，能耗高，B的回收率仅为25%左右，因而没有得到广泛推广.张淑芬等[14]用低温铝热还原法制备稀土铝合金.采用NH4Cl直接与碳酸稀土反应，制备稀土氯化物，再将其溶解在铝熔体中.该方法仅要求热还原反应温度为700～750 ℃，热还原反应时间为40 min，稀土氯化物在熔体中的质量分数为30%比较合适.该方法具有工艺简单、成本低、稀土回收率高的特点.4.1.3 高温自蔓延法高温自蔓延法是将一定比例的A1粉和Ti粉、B粉和稀土混合均匀后，使之在高温下烧结反应而成.该方法理论上可以制得任何成分配比的A1-Ti-B-RE中间合金.但是该法存在反应温度不易控制，原材料Ti,B单质及稀土成本高的缺点，不适合工业化生产，目前还停留在实验室研究阶段.4.1.4 氟盐反应法氟盐反应法[15]是在750～850℃向铝熔体中添加K2TiF6+KBF4，通过机械搅拌使其充分反应，然后引入稀土制成Al-Ti-B-RE中间合金.该方法简单、反应温度低、成本低、副产物(KAlF4)可回收利用，适合工业化生产，为目前大量采用的生产方法.氟硼酸钾在530 ℃左右发生分解，在700 ℃以上开始挥发，致使B的收得率不高.因此，制备过程中应该严格控制加料方式、反应温度、作用时间等工艺条件. 4.1.5 纯钛颗粒法纯钛颗粒法[16]是将去除水分的钛粉和氟硼酸钾按化学计量比进行配比后，在混料机中干混，然后在万能试验拉伸机上冷压成坯.将压坯和富铈稀土在适当温度下同时压入铝熔体的中下部，待其充分反应后，进行搅拌、除气、除渣、精炼，浇注在锥形铜模中，制得Al-Ti-B-RE中间合金.4.2 制备工艺对细化效果的影响采用氟盐法制备工艺时各元素含量对该合金细化相粒子存在形态有明显影响[17]，其中Ti含量影响最为显著.由质量分数为5%Ti，1%B，0.5%RE合金元素组成的中间合金细化相粒子的分散性最好，其中TiAl3相呈细小块状，均匀弥散分布于铝基体中.采用纯钛颗粒熔铸法制备工艺[18]，将Al-Ti-B-RE细化剂的熔体进行过热处理，最佳熔铸温度为825 ℃.采用熔铸法制备Al-Ti-B-RE中间合金时最佳工艺[19]：600 ℃时加入预热铝锭，过热温度为820 ℃时加入反应原料，静置温度为800 ℃，保温时间30～45 min.在较低温度浇铸制取的Al-Ti-B-RE中间合金细化剂，其细化能力较强.4.3 制备工艺的选取目前，制备Al-Ti-B-RE中间合金较为常用的方法为氟盐法和纯钛颗粒法.用氟盐法制备的Al-Ti-B-RE中间合金中细化相的分布更为均匀，优于纯Ti粉颗粒法制备的Al-Ti-B-RE中间合金的组织[20].目前主要添加的是含有镧和铈的稀土，对添加其他稀土细化效果的研究很少.由于细化剂的性能主要取决于其成分与组织，而组织又与制备方法密切相关.因此，改进制备工艺方法和优化合金成分是改善Al-Ti-B-RE中间合金组织形态并提高其细化性能的重要途径.5 结语Al-Ti-B-RE作为一种高效长久的新型细化剂，有望解决一些重要铝材的细化问题，如改善缺陷和提高质量稳定性等.将Al-Ti-B-RE细化剂用于生产中，能有效提高铝的晶粒细化程度，不仅可以大大提高产品质量和成品率，还能减少铝板的针孔率，提高铝板的深冲性能，降低电工铝杆的电阻率，提高铝型材的挤压性能和氧化膜的耐蚀性.Al-Ti-B-RE的开发有着广阔的市场前景和应用前景.由于稀土资源稀缺，制备Al-Ti-B-RE的成本高而且工艺复杂，其细化机理和理想成分没有完全确定，其产品不够稳定.所以，目前Al-Ti-B-RE在工业中还没有得到广泛应用.要获得高性能的Al-Ti-B-RE细化剂，其细化机理有待明确，细化稳定性有待改善.另一方面，可从多方面优化生产工艺和制备方法：第一，控制熔体过热温度、静置时间、对熔体进行搅拌、改变稀土加入量和种类；第二，采用电磁搅拌和连续铸扎技术，以达到缩减成本、提高生产效率的目的.【相关文献】[1] 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铝工业用的铝钛硼稀土晶粒细化剂
铝工业用的铝钛硼稀土晶粒细化剂1 成果简介几十年来，Al-Ti-B中间合金一直是铝行业中广泛使用的细化剂。
虽然该细化剂具有较好的细化效果，但是其内部TiB2的聚集、沉淀以及Cr、Zr等元素的中毒现象使得细化效果衰退甚至消失。
后来出现了Al-Ti-B中间合金丝，采取随流加入的方式，很快进入熔体产生细化作用。
目前，世界上比较认可的产品主要由英国的LSM公司、荷兰的KBM公司、美国的KBA公司等几家机构生产。
1980年代以来，我国很多铝厂联合科研机构开发出了自己的Al-Ti-B细化剂产品，但细化效果并不理想，主要是由于其化学成分以及微观组织中生成的第二相形态、尺寸和分布等问题导致。
所以，目前国内应用的铝合金细化剂以进口居多，价格昂贵。
随着我国铝业的发展，尤其在铝的深加工方面的发展，例如高品质的铝板、铝箔等产品的生产，对基础铝坯的组织要求越来越高，获得细小均匀的晶粒是能否得到高品质铝加工产品的一个关键因素，铝晶粒细化剂已成为铝行业发展中不可缺少的一部分。
目前国内生产的Al-Ti-B中间合金，由于其综合性能差，在铝深加工行业中晶粒细化剂主要依靠进口。
因此，随着我国铝加工行业的发展，高品质的Ａl-Ti-B晶粒细化剂的需求量将越来越高，研究和开发综合性能较好的细化剂并逐渐取代进口，已成为我国细化剂市场发展的迫切需求。
我们在成功开发高品质Al-Ti-B中间合金的基础上，详细研究了RE元素的影响，开发出了优质、长效的Al-Ti-B-RE细化剂。
针对现有细化剂存在的中毒现象、细化效果不理想的状况，本项目通过化学反应方法制备Al-Ti-B-RE细化剂，通过设计合金成分和反应工艺参数，使得细化剂组织中形核相TiB2质点均匀离散分布，细化剂成分要求为Ti含量约5%wt，B含量约1%wt；细化剂中第二相：TiAl3<75mm，TiB2<3mm，且均匀弥散分布，没有明显的TiB2团聚。
2 应用说明可应用于工业纯铝和高纯铝、1000系至8000系铝合金、亚共晶和共晶型铝硅合金等的细化与工业化生产。
铝钛硼晶粒细化机理
只有（００１）晶面面向熔体，因此 熔解慢，完 全 熔 解 所 用 的 时 间 也长。而块状三铝化钛是由三维生长等 轴 晶 体，多 面 面 向 熔 体，因此熔解快，完全熔解所用的 时间也 短，因 此 晶 粒 细 化 作 用时间短。为了解决块状三铝化钛晶粒细化作用时间短的 问题，一般将含这 种 形 态 的 合 金 做 成 杆 线 状，在 铝 液 流 槽 内 动态（在线）加入，细 化 作 用 时 间 为 ３０～６０ｓ。 花 瓣 状 三 铝 化 钛的熔解和细化效果介于片状与块状之间。而生产中使用 的 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金，通常含有３种形态的三铝化钛，只是３种形 态的三铝化 钛 所 占 的 比 例 不 同。 当 Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ 合 金 进 入 熔 体 后，块状三铝化钛 比 花 瓣 状 和 片 状 三 铝 化 钛 熔 解 快，块 状 的 三铝化钛迅速熔解而起形核作用。其他两种形态的三铝化 钛因为形核 能 力 稍 低，其 形 核 潜 能 受 到 块 状 三 铝 化 钛 的 限 制。当块状三铝化钛溶解到一定程度，花 瓣 状 和 片 状 三 铝 化 钛相继以稍低的形核能力在稍低的温度下起形核作用。 １．２ 硼 化 物
（Ｋｕｎｍｉｎｇ ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００３１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｔａｒｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ ｍａｓｔｅｒ ａｌｌｏｙｓ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｔｈｅ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ ｉｓ ＴｉＡｌ３ａｎｄ ＴｉＢ２．Ｂｏｔｈ ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｐｌａｙ ａ ｌｅａｄｉｎｇ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇｒａｉｎ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｇｒａｉｎ ｒｅｆｉｎｅｒ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｂｏｒｉｄｅ ｔｈｅｏｒｙ，ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ／ｐａｃｋａｇｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｔｈｅｏｒｙ，ｐａｃｋａｇｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｈｅｌｌ ｔｈｅｏｒｙ，ｓｕｐｅｒ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ ｇｒａｉｎ ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．
浅析铝钛硼晶粒细化剂市场
浅析铝钛硼晶粒细化剂市场李晓敏【摘要】铝钛硼作为铝及铝合金熔铸过程中的添加合金，用于晶粒细化，能够对铝及其合金铸锭组织产生强烈的细化作用，铝钛硼合金的晶粒细化能力是决定铝加工材品质好坏的重要因素之一。
本文主要从供应及需求两方面对铝钛硼晶粒细化剂的市场进行论述，对2015-2020年铝加工业对铝钛硼的需求进行预测。
【期刊名称】《世界有色金属》【年(卷),期】2012(000)008【总页数】2页(P56-57)【关键词】铝钛硼合金;晶粒细化剂;市场;铝合金;细化作用;铸锭组织;铝加工材;细化能力【作者】李晓敏【作者单位】洛阳有色金属加工设计研究院【正文语种】中文【中图分类】TG146.21铝钛硼作为铝及铝合金熔铸过程中的添加合金，用于晶粒细化，能够对铝及其合金铸锭组织产生强烈的细化作用，铝钛硼合金的晶粒细化能力是决定铝加工材品质好坏的重要因素之一。
本文主要从供应及需求两方面对铝钛硼晶粒细化剂的市场进行论述，对2015—2020年铝加工业对铝钛硼的需求进行预测。
铝钛硼作为铝及铝合金熔铸过程中的添加合金，用于晶粒细化，能够对铝及其合金铸锭组织产生强烈的细化作用，使铸锭组织均匀，减少偏析，消除裂纹等，提高性能与表面品质。
铝钛硼用于晶粒细化始于20世纪50年代，开始是以铝钛硼中间合金锭形式加入，随着铝加工工业的不断进步与发展，晶粒细化用中间合金的加入方式也获得了不断改进，从开始用锭块向炉内加入过渡到现在丝（杆）状在线加入。
在1969年以前，最广泛使用的还是Al-Ti-B中间合金锭。
1969年，瑞典研究人员首先提出了向铝熔体中连续添加细化晶粒用中间合金的方法。
此后为了连续添加时计算方便，Al-Ti-B中间合金被加工成9.5mm粗的连续丝（杆）状中间合金（每1g/2cm），并被连续地加到流槽里的铝液中。
目前，国际上Al-Ti-B中间合金大部分是采用在线加入。
国外铝钛硼主要生产企业有英国的LSM公司、荷兰的KBM公司、美国的KBA公司等，三企业产能在4万吨左右。
高效晶粒细化剂稀土铝钛硼的制备
高效晶粒细化剂稀土铝钛硼的制备作者：暂无来源：《稀土信息》 2018年第2期文/ 吴俊子贾锦玉姜佳鑫随着铝材在高新技术领域的应用，后续加工对铝材组织和性能提出了严格的要求，而铝材最佳组织要求其铸锭具有细小均匀的等轴晶。
晶粒尺寸和形态是铝及其合金铸态组织的最重要特征，由细小均匀等轴晶粒构成的铸态组织，整体各向同性，具有高强、高塑韧的优良综合力学性能，且利于后续变形加工工艺性能提高。
晶粒细化方法分为物理方法和化学方法两大类。
物理方法包括快速冷却法、物理场细化法和机械物理细化法等，快速冷却法适合生产简单的小型铸件或粉末制品，很难实现对大型厚断面铸件组织的改善，同时该方法不易操作，人为因素较大；物理场细化法处理的金属纯净度高，但需要的生产设备较复杂，能耗高；机械物理细化法操作复杂，细化效果不稳定。
化学方法是通过添加晶粒细化剂，促进晶粒形核或阻碍晶核长大来达到细晶的目的。
而在铝熔体中添加晶粒细化剂被认为是铝加工行业中最有效、最实用的晶粒细化方法，具有作用快、细化效果好、操作方便、适应性强等优点，而使用最为普遍的晶粒细化剂是铝钛硼晶粒细化剂（20世纪70年代中期，美国）。
目前，国外铝钛硼晶粒细化剂的研究工作大部分为高等院校与生产厂商联合进行，主要的三家生产企业为：英国LSM 公司(London Scandinavian Metallurgical Co. Ltd.)、荷兰KBM 公司(Kawecki-Billiton Metaalindustrie)及美国 KBA 公司(KBAlloys， Inc.)，其晶粒细化剂产品处于世界领先水平。
其中，当前公认LSM 公司生产的铝钛硼晶粒细化剂的细化性能最佳，但该晶粒细化剂存在细化极限，即只能将工业纯铝晶粒尺寸最小细化至120μm(细化剂添加量为0.2%，纯铝，TP-1标准试验数据)，而铝合金行业希望该细化极限可以突破100μm，可以大幅度提高铝合金产品的综合性能。
国内有关铝钛硼晶粒细化剂的研究起步较晚，1986 年原东北工学院首先研制出铝钛硼晶粒细化剂，随后山东大学、清华大学、东南大学、中南大学等院校相继对铝钛硼晶粒细化剂开展了许多研究，在这期间也有不少晶粒细化剂生产企业逐渐出现。
钛硼细化剂的作用
钛硼细化剂的作用《钛硼细化剂的作用》我有一个朋友叫小李，他在一家金属铸造厂工作。
那地方，整天都是机器的轰鸣声，巨大的熔炉散发着炽热的气息，就像一个大火龙在不停地吐着热气。
小李呢，每天都在这“火热”的环境里忙得晕头转向。
有一天，我去他厂里找他。
刚到车间，就看到他皱着眉头，一脸苦恼的样子。
我赶紧走过去问：“嘿，小李，你这是咋啦？被这大熔炉给烤蔫儿了？”小李叹了口气说：“你不知道啊，我们现在铸造出来的金属制品，晶粒总是不够细密，这可愁死我了。
”我好奇地问：“晶粒细密很重要吗？这有啥讲究的？”小李白了我一眼，仿佛在说我这个外行啥都不懂，然后解释道：“这就好比盖房子，如果砖头都是大块大块的，房子能结实吗？同理，金属里的晶粒要是粗粗大大的，这金属的性能可就差远了，强度不够，韧性也不行。
”这时候，旁边的老师傅听到我们的对话，走了过来。
他笑着说：“小李啊，咱可以试试钛硼细化剂啊。
”小李眼睛一亮，就像黑暗中看到了一丝曙光，连忙问道：“老师傅，这钛硼细化剂是个啥玩意儿？真有那么神奇吗？”老师傅坐下来，开始耐心地给我们讲解：“这个钛硼细化剂啊，就像是金属晶粒的‘小管家’。
你们想啊，金属在凝固的时候，就像一群调皮的孩子，到处乱跑，晶粒就会长得乱七八糟，又大又不均匀。
而钛硼细化剂一加入，就好像给这些‘孩子’立了规矩。
”“钛元素就像是一个强有力的‘班长’，它能够在液态金属中形成许多微小的核心，这些核心就像是一个个小种子。
然后呢，硼元素就像是一个勤劳的‘园丁’，它能让这些小种子更好地生长，并且控制它们的生长方向，不让它们长成那种粗粗大大的晶粒。
”老师傅一边说，一边用手比划着，就像他正在指挥着那些金属晶粒的生长一样。
我在旁边听着，不禁感叹道：“哇，这钛硼细化剂还真是厉害啊！就像给金属晶粒来了一场魔法秀。
”小李也兴奋地说：“那要是用了这个钛硼细化剂，我们铸造出来的金属制品的质量肯定能大大提高。
”老师傅点点头说：“那可不。
使用了钛硼细化剂之后，金属的强度会像打了鸡血一样飙升。
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型号
特点
主成份
特性
1# 钛 硼 晶 粒细化剂
TiB-1#
2# 钛 硼 晶 粒细化剂
TiB-2#
钛细化剂
Tilite 100
1.非熔制 2.自沉式 3.浓缩化 4.无污染 5.无浪费称量 6.无需称量
含钛 40% ，含硼 4% 含钛 30% ，含硼 3%
含钛 100%
含熔剂及锰元素 含熔剂及铁元素
不含熔剂
注：钛细化剂适用于高镁合金
使用说明：
钛硼晶粒细化剂的加入方法非常简单，可把所需数量的钛硼晶粒细化剂直接投入铝熔池中，它 会自动下沉，不需要压入。在下沉过程中，反应开始，由于盐的造气作用，在块体周围产生大 量气体，块体又上浮。在上浮过程中，块体周围的气体逸出，块体又下沉。由于造气作用，块 体又上浮。这种上下运动不断的反复进行，直到反应全部完成为止。块体中的钛与硼和铝发生 反应，形成 TiAI3 和 TiB2 或（AlTi）B2 形成了铝晶粒的核心，在反应过程中，在铝熔体表面上 产生烟气和火焰。在正常情况下，火焰的颜色有白色，红色和兰色，火焰的高度大约 200mm 左 右，由于熔剂造气作用，块体周围的铝熔体被净化。这样钛和硼被铝熔体最大限度吸收，充分 起到晶粒核心作用。(请与我司查询更详细资料)
3
配合条件的选择
钛硼晶粒细化剂可即投入保温炉，也可投入熔化炉；既可在精炼之前加，也可在精炼后加；究 意怎样才算最适合，这要看各厂家现行的工艺制度，以求最佳结合。
2
钛硼晶粒细化剂
包装及储存：
每块 500 克，每袋 2 公斤，每箱 20 公斤。 保存于干燥、阴凉、通风处，严防受潮，以免变质。
保质期：
10 个月
钛硼晶粒细化剂
铝及铝合金熔体处理-晶粒细化剂－炉外使用
(Ti40%B4%, Ti3一种块状添加剂，钛硼晶粒细化剂以其出色的细化效果堪与进口钛硼丝相媲 美，远优于铝钛中间合金。对大多数的铝合金而言，实为经济适宜的晶粒细化剂。
产品应用：
适用于常用铝及铝合金的晶粒细化，对于铸造铝合金的铝基体细化晶粒也有显著的作用。
产品优点：
钛硼晶粒细化剂由于其优异的细化效果，使铸件得到细小的等轴晶，消除了羽毛晶和柱状晶， 为以后的加工提供了良好的内在的组织结构，能有效地克服铸造裂纹，改善铸件外观，减小铸 锭冷隔; 由于添加剂异质晶核的细化作用，可同时有效地减少气孔与疏松，显著地提高铸坯、 铸棒或铸件的延伸率。
产品规格：
产品名称