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熔盐反应法作为制备Al-Zr中间合金的主要方法,因其操作简单成本低等优势而被国内外深入研究并广泛应用。然而,有关Al3Zr相在熔盐反应、熔炼及凝固各个阶段的形成转变机制的研究尚不够系统,某些形貌A13Zr相的形成机理尚不够明确,能够有效控制Al3Zr相形貌尺寸及分布的Al-Zr中间合金制备工艺尚有待开发,避免发生偏聚、沉降等缺陷的工艺窗口还不够明确,Al-Zr中间合金的制备工艺仍可优化。基于此现状,本文通过对熔盐反应、熔炼以及凝固条件的控制,揭示熔盐反应过程中的界面反应机制、不同形貌Al3Zr相的形成及转化机制,以及不同凝固条件下沉降团聚行为,实现了 Al-Zr中间合金的可控制备。得出主要结论如下:(1)铝液与K2ZrF6熔盐反应是一个放热反应,铝与氟锆酸钾质量比为6:1时,800℃下熔盐反应在界面处所引起的升温约为10℃。反应过程中在界面处铝侧表面形成一层2-3μm厚的Al3Zr颗粒密集层。这层Al3Zr相的尺寸分布在0.1-12μm之间,并存在球形、正方体、薄片状、长方体和密集团聚颗粒等多种形貌。中频炉中铝液与K2ZrF6在800℃反应25min时Zr元素收得率即可达到91%以上。(2)800℃熔盐反应获得的Al-5Zr中间合金熔体,在800℃-1250℃-800℃的升、降温熔炼过程中,Al熔盐形成的颗粒状Al3Zr相在升温过程中不断溶入铝熔体中,随温度的升高颗粒状Al3Zr相数量不断减小,尺寸及长宽比增加却有所增大,温度升至液相线上后颗粒状Al3Zr相完全消失;Al-5Zr合金熔体在1250-800℃的降温过程中,粗大的板条状Al3Zr相在液相线之下开始从熔体中析出,并缓慢长大,且随温度的降低数量增多。(3)Al-5Zr中间合金在不同温度(800-1250℃)的水冷铜模浇铸过程中,所形成的复杂针片状以及小尺寸针片状Al3Zr相的数量、形貌与该温度下Zr元素在铝熔体中的溶解度有关。当Zr元素在铝熔体中溶解度很低的850℃之下浇铸时,合金中未发现复杂针片状以及小尺寸针片状Al3Zr相,当Zr元素在铝熔体中溶解度较高的900℃-100℃浇铸时,合金中开始出现复杂针片状以及小尺寸针片状A13Zr相,且这些相的数量随着浇铸温度生升高而增加;当Zr元素在铝熔体中溶解度较高的1000℃浇铸时,合金中开始出现大量小尺寸针片状Al3Zr相。(4)当浇铸温度为1250℃时,随着冷却速率由耐火模的1.9℃/s提高到铜模的50.0℃/s,Al3Zr相的形貌由粗大板条状向细小针片状转变。随着凝固过程中Al-5Zr中间合金中两相区冷却速率由1.9℃/s增加至2.89℃/s和50.0℃/s,初生Al3Zr相单位面积内的Al3Zr数量逐渐增多,分别为23个/mm2,54个/mm2,309个/mm2;初生AI3Zr相的尺寸分布范围逐渐减小,分别为70-1140μm,30-750μm,11-350μm。(5)Al3Zr相在升温浇铸浇铸过程中的沉降行为受熔体粘度、颗粒形貌和凝固时间等因素的影响。升温过程中浇铸温度为800℃时,在不同铸模中的Al3Zr相均未发现明显的沉降。当浇铸温度为850℃-950℃时,熔体粘度下降,耐火模中Al3Zr相的沉降随浇铸温度的增加而加剧,而铜模及石墨模中未发现明显的沉降行为。当浇铸温度升至1000℃-1250℃时,在不同铸模中的Al3Zr相的沉降均不明显。