基本信息
- 项目名称：
- 关于汽车材料用高品质AlTiCB中关于汽车材料用高品质AlTiCB中间合金的研究间合金的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 随着汽车制造业的飞速发展，铝合金以其质量轻、比强度高和性价比高等性能优势在汽车材料上得到广泛的应用，然而工业水平的进一步发展，对铝合金的性能提出了更为严格的要求。为了适应汽车用高品质铝材的需求，开发了一种高效长效的汽车材料用高品质AlTiCB中间合金，能够克服该产品的预替代品AlTiB和Al-Ti-C的一系列缺点，并表现出较高的生核效率和抗衰退能力。
- 详细介绍：
- 本项目属于金属材料领域，发明了一种汽车材料用高品质AlTiCB中间合金，该合金材料是用于细化铝及其合金组织，提高铝合金产品尤其是汽车轮毂、汽车活塞等质量的关键材料。首次发现微量B掺杂可以大大提高TiC结构稳定性与形核能力，并利用多相熔体微观反应异类原子掺杂机制使制备的该合金材料含有弥散分布的结构稳定的TiCxBy关键粒子，故其细化效果具有高效和抗时间衰退能力强等特点。本项目已获得过肩发明专利授权ZL200810139856.1，攻克了项目的关键技术，并且已经完成工厂中试阶段，初步实现了规模化生产条件下的合金制备及产品的产业化。项目产品有望取代目前市场上含有单一TiB2细化粒子且粒子易聚集的Al-Ti-B中间合金，应用于铝及其合金制品后，将大幅拓宽其应用范围，市场前景十分看好。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 该作品的发明的目的：制备一种高效长效的高品质汽车材料用中间合金细化剂，能够克服目前市场上Al-Ti-B 中间合金中粒子的聚集问题以及Al-Ti-C中间合金中形核粒子TiCx的严重衰退问题。 创新点：首次发现了B或N的掺杂可以大大提高TiCx结构的稳定性与形核能力，并且利用多相熔体微观反应异类原子掺杂机制使制备的Al-Ti-C-B中间合金中含有大量弥散分布结构稳定的TiCxBy（x+y<1）关键粒子，进而大大提高了细化剂的形核和抗衰退能力。 技术关键：（1）硼元素掺杂对TiCx结构稳定性的关系及TiCxBy粒子的合成技术；（2）多相金属熔体微观反应机制及弥散型Al-Ti-C-B的合成制备与产业化生产；（3）弥散型Al-Ti-C-B对铝及其合金的细化工艺技术及细化效果的评定。 主要技术指标：生产出的弥散型Al-Ti-C-B合金，弥散分布着微米级和亚微米级的TiCxBy和TiB2（x+y<1）粒子，颗粒平均尺寸小于2.5微米，最大颗粒尺寸不超过5微米，其组织中含有板片状的TiAl3，平均尺寸小于120微米；对于最难细化的工业纯铝而言，加入0.2%的该中间合金，可使初晶铝的平均晶粒度由原来的350微米以上细化到200微米以下，并且在保温一个小内无明显衰退现象。
科学性、先进性
- 项目的创新性、科学性与先进性： （1）首次发现了B/N的掺杂可大大提高TiCx结构的稳定性与形核能力。 （2）揭示了微观反应异类原子掺杂机制。 （3）制备出高效弥散的AlTiCB中间合金，国内外尚未见研究生产该中间合金。
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 项目成功实现工厂中试，现在目前处于产业化生产阶段。
技术转让方式
- 专利实施许可
作品可展示的形式
- 产品实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本产品主要应用于工业铝材加工行业，如汽车轮毂、铝箔制造业，高性能汽车活塞产业。 随着中国工业水平和规模的不断提高，工业用菜产量逐年攀升，在汽车制造、轨道交通，电力，机械制造等行业，对铝材的应用需求迅速增加。从发展趋势来看，目前铝材正朝着大截面、薄壁厚、高尺寸精度、复杂断面和精美外观方向发展。 本项目产品暂无相同的生产企业。主要竞争对手主要来自本项目产品预替代品的铝钛硼中间合金，其生产规模规模较大的企业有：深圳新星化工冶金材料有限公司；爱达铝加工材料公司；秦皇岛奥莱德铝业科技有限公司；上海市郑裕特种合金有限公司；江苏南通鼎臣特种材料有限公司；河北立中集团；济南科鑫铝铜材料加工有限公司等。本产品以其应用效果的高效性和稳定性，产业化后可迅速进入市场，成为铝钛硼中间合金的优良替代品，产品竞争优势明显。 本产品目前已经完成中试，在未来两年内能达到规模化生产阶段。本项目产品以其技术优势，可在国内大中型汽车轮毂、铝箔材等企业获得推广应用。
同类课题研究水平概述
- 目前国内外主要以Al-Ti-B和Al-Ti-C中间合金对变形铝合金进行晶粒细化，尤其是Al-Ti-B中间合金已经实现了产业化的生产，被广泛的应用。但是Al-Ti-B中间合金中的硬质粒子TiB2存在严重的聚集倾向，特别是在铝箔材生产的过程中，这些尺寸较大的硬质粒子团不仅在轧辊表面产生划痕影响设备的使用寿命，而且在铝箔表面造成针孔。裂纹等缺陷，降低生产率，提高了生产成本。虽然Al-Ti-C中间合金中的TiC粒子不存在严重聚集问题，但是TiC粒子在铝熔体中不稳定，存在着“自身中毒”现象，即与铝发生反应形成Al4C3，导致细化效果急剧衰退；而且Al-Ti-C对制备条件极其敏感，工艺参数稍有变动，细化效果就出现较大差异。因此国内外在这方面开展了长期的探索和研究，寻求一种理想的中间合金细化剂，不仅能有效的解决以上两种中间合金存在的问题，而且具备良好的细化效果。 专利（一种新型中间合金细化剂，1993，申请号CN1088996A和四元晶粒细化剂及其制造方法，1990，申请号90105092.X）都曾报道过Al-T-C-B中间合金，他们是采用氟盐的方法将氟硼酸钾和碳粉的混合物先后加入到铝钛熔体中制备，但是该工艺方法制备出来的中间合金虽然抗时间衰减性能较好，但是其细化效果并不理想，并且没有得到推广应用。也有学者报道（北京工商大学学报，2007，（25）30~32）用TiCN 粉末加入到铝熔体中制备Al-Ti-CN中间合金，由于TiCN粒子不是原位生成的，粒子形核率低，生产成本高，难以产业化推广。 本发明产品Al-Ti-C-B(N)系列合金是新开发的一种材料，至今国内为均未见对该材料的制备工艺及其应用于变形铝合金细化处理的报道。因此，开展该课题项目的研究，可以解决铝合金铸造加工过程中的细化强化问题，为推动铝合金材料的应用和发展开辟广阔的应用前景，具有重大的经济和社会效益。
