Método preparación de una aleación maestra de Al-Zr-C.

Un método para la producción de una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono,

caracterizado porque la aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono tiene una composición química del 0,01 % al 10 % de Zr, del 0,01 % al 0,3 % de C, y el resto de Al, en base al porcentaje en peso; el método de producción que comprende las etapas de:

a) producción de aluminio comercial puro, circonio metálico, y un material de grafito según los porcentajes en peso de la aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono; el grafito es polvo de grafito que tiene un tamaño de partícula promedio de 0,074 mm a 1 mm; y el polvo de grafito se somete a los siguientes tratamientos: se añade a la solución acuosa de KF, NaF, K2ZrF6, K2TiF6 o a sus combinaciones, se empapa durante 12 a 72 horas, se filtra o se centrifuga, y se seca de 80 ºC a 200 ºC durante 12 a 24 horas;

b) fusión del aluminio comercial puro y su mantenimiento de 700 ºC a 900 ºC para proporcionar aluminio líquido, al que se añaden el circonio preparado y el polvo de grafito tratado y se funde para proporcionar una aleación en solución; y

c) mantenimiento de las aleaciones en solución de 700 ºC a 900 ºC en agitación mecánica o electromagnética y la realización del moldeo por fundición.

Método preparación de una aleación maestra de Al-Zr-C 5 Campo de la invención

[1] La presente invención se refiere a un método para la producción de una aleación intermedia como refinador de grano para mejorar el comportamiento de metales y de sus aleaciones, y en particular, a un método para la producción de un intermedio de aluminio-circonio-carbono para refinar los granos de magnesio y de

aleaciones de magnesio.

Antecedentes de la invención

[2] El uso de magnesio y aleaciones de magnesio en la industria comenzó en la década de 193. Puesto 15 que el magnesio y las aleaciones de magnesio son los materiales metálicos estructurales más ligeros en la

actualidad, y tienen las ventajas de una baja densidad, alta resistencia y rigidez específicas, buena absorción de choques por amortiguación, conductividad térmica, y comportamiento como blindaje electromagnético, excelente maquinabilidad, tamaño estable de piezas, fácil recuperación, y similares, el magnesio y las aleaciones de magnesio, en particular las aleaciones de magnesio forjado poseen un potencial de utilización enorme en el campo 2 del transporte, ingeniería de materiales estructurales y electrónica. Aleación de magnesio forjado se refiere a la aleación de magnesio formada por métodos de moldeo plástico tales como extrusión, laminado, forjado, y similares. No obstante, debido a las limitaciones, por ejemplo, en la preparación de materiales, técnicas de procesamiento, comportamiento anticorrosión y costes, el uso de aleaciones de magnesio, en particular de aleaciones de magnesio forjado, está muy por detrás del de las aleaciones de acero y aluminio en términos de cantidad utilizada, dando lugar 25 a una tremenda diferencia entre el potencial de desarrollo y su aplicación práctica, que nunca ocurre con ningún otro material metálico.

[3] La diferencia del magnesio con respecto a otros metales usados habitualmente tales como el hierro, cobre, y aluminio se encuentra en que sus aleaciones presentan una estructura cristalina hexagonal empaquetada

cerrada, únicamente tiene 3 sistemas de deslizamiento independientes a temperatura ambiente, es pobre en el forjado de plástico, y se ve muy afectado por el tamaño de los granos en términos de propiedades mecánicas. Las aleaciones de magnesio tienen un intervalo de temperaturas de cristalización relativamente amplio, una conductividad térmica relativamente baja, una contracción volumétrica relativamente grande, una gran tendencia al engrosamiento de los granos, y defectos de generación de porosidad por contracción, fisuración por calor, y 35 similares durante el fraguado. Puesto que un tamaño de grano más fino facilita la reducción de la porosidad por contracción, reduciendo el tamaño de la segunda fase, y reduciendo los defectos en el forjado, el refinado de los granos de la aleación de magnesio puede acortar la distancia de difusión necesaria por la solución sólida de fases limítrofes de grano corto, y a su vez mejora la eficiencia del tratamiento térmico. Además, el tamaño de grano más fino contribuye a mejorar el comportamiento anticorrosivo y la maquinabilidad de las aleaciones de magnesio. La 4 aplicación de refinador de grano en el refinado de fundidos de aleaciones de magnesio es un medio importante para mejorar el comportamiento global y las propiedades de formación de las aleaciones de magnesio. El refinado del tamaño de grano puede mejorar no sólo la resistencia de las aleaciones de magnesio, sino también su plasticidad y dureza, permitiendo así el procesamiento de plásticos a gran escala y la industrialización a bajo coste de los materiales de aleaciones de magnesio.

[4] En 1937 se encontró que el elemento que tiene efectos de refinado significativos para el tamaño de grano de magnesio puro es el Zr. Los estudios han demostrado que el Zr puede inhibir eficazmente el crecimiento de granos de aleaciones de magnesio, refinando así el tamaño de grano. El Zr se puede usar en Mg puro, aleaciones a base de Mg-Zr, y aleaciones a base de Mg-RE, pero no se puede usar en aleaciones a base de Mg-AI y en

aleaciones a base de Mg-Mn, puesto que tiene una solubilidad muy baja en magnesio líquido, es decir, sólo el ,6 % en peso de Zr se disuelve en magnesio líquido durante la reacción peritéctica, y precipitará formando compuestos estables con Al y Mn. Las aleaciones a base de Mg-AI son las aleaciones de magnesio disponibles en el mercado más populares, pero tienen la desventaja de producir granos de fundición relativamente bastos, e incluso cristales columnares bastos y cristales con forma de abanico, dificultando el procesamiento de forjado de lingotes, con 55 tendencia a la fisuración, baja tasa de producto acabado, malas propiedades mecánicas, y muy baja tasa de forjado plástico, lo que afecta negativamente a su producción industrial. Por tanto, existía un problema en el refinado de granos de fundición de aleaciones de magnesio que se debía abordar en primer lugar para conseguir la producción a gran escala. Los métodos para el refinado de los granos de aleaciones a base de Mg-AI comprenden principalmente el método de sobrecalentamiento, el método de adición de elementos de las tierras raras, y el método de inoculación

de carbono. El método de sobrecalentamiento es eficaz en cierta medida; no obstante, el fundido se oxida gravemente. El método de adición de elementos de las tierras raras no tiene efectos estables ni ideales. El método de inoculación de carbono tiene la ventaja de muchas fuentes de materias primas y bajas temperaturas operativas, y se ha convertido en el principal método de refinado de grano para las aleaciones a base de Mg-AI. Los métodos de 5 inoculación de carbono convencionales añaden MgCC>3, C2CI6, o similar a un fundido para formar grandes cantidades de puntos de masa de AI4C3 dispersos en él, que son buenos núcleos cristalinos heterogéneos para el refinado del tamaño de grano de aleaciones de magnesio. No obstante, dichos refinadores se adoptan muy de vez en cuando debido a que su adición con frecuencia provoca que el fundido entre en ebullición. En resumen, a diferencia de la industria de las aleaciones de aluminio, en la industria de las aleaciones de magnesio no se ha 1 encontrado una aleación intermedia de grano de uso general, y el espectro aplicable de los diversos métodos de refinado de granos depende de las aleaciones o de sus componentes. Por tanto, una de las claves para conseguir la industrialización de las aleaciones de magnesio es diseñar una aleación intermedia de uso general capaz de refinar eficazmente granos de moldeo cuando se solidifica magnesio y aleaciones de magnesio y un método capaz de producir la aleación intermedia para el refinado de granos a bajo coste y a gran escala.

Resumen de la invención

[5] Para abordar los problemas anteriores que existen en la actualidad, la presente invención proporciona un método para la producción de una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono (Al-Zr-C) mediante el cual se

puede producir de forma continua una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono (Al-Zr-C) de alta calidad para el refinado de los granos de magnesio y de aleaciones de magnesio a bajo coste y a gran escala.

[6] La presente invención adopta la siguiente solución técnica: un método para la producción de una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono (Al-Zr-C), caracterizado porque la aleación intermedia de aluminio-

circonio-carbono (Al-Zr-C) tiene una composición química del ,1 % al 1 % de Zr, del ,1 % al ,3 % de C, y el resto de Al, en base al porcentaje en peso; el método de producción que comprende las etapas de:

a) preparación de aluminio comercial puro, circonio metálico, y un material de grafito según los porcentajes en peso de la aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono; el grafito es polvo de grafito que tiene un tamaño de

partícula promedio de ,74 mm a 1 mm; y el polvo de grafito se somete a los siguientes tratamientos: se añade a la solución acuosa de KF, NaF, K2ZrF6, K2TÍF6 o a sus combinaciones, se empapa durante 12 a 72 horas, se filtra o se centrifuga, y se seca de 8 °C a 2 °C durante 12 a 24 horas;

b) fusión del aluminio comercial puro y su mantenimiento de 7 °C a 9 °C para proporcionar aluminio líquido, al 35 que se añaden el circonio preparado y el polvo de grafito tratado y se funde para proporcionar una aleación en

solución; y

c) mantenimiento de las aleaciones en solución de 7 °C a 9 °C en agitación mecánica o electromagnética y la realización del moldeo por fundición.

[7] Preferentemente, la aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono (Al-Zr-C) tiene una composición química del ,1 % al 1 % de Zr, del ,1... [Seguir leyendo]

1. Un método para la producción de una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono, caracterizado porque la aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono tiene una composición química del

,1 % al 1 % de Zr, del ,1 % al ,3 % de C, y el resto de Al, en base al porcentaje en peso; el método de producción que comprende las etapas de:

a) producción de aluminio comercial puro, circonio metálico, y un material de grafito según los porcentajes en peso de la aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono; el grafito es polvo de grafito que tiene un tamaño de

partícula promedio de ,74 mm a 1 mm; y el polvo de grafito se somete a los siguientes tratamientos: se añade a la solución acuosa de KF, NaF, i<2ZrF6, K2TÍF6 o a sus combinaciones, se empapa durante 12 a 72 horas, se filtra o se centrifuga, y se seca de 8 °C a 2 °C durante 12 a 24 horas;

b) fusión del aluminio comercial puro y su mantenimiento de 7 °C a 9 °C para proporcionar aluminio líquido, al 15 que se añaden el circonio preparado y el polvo de grafito tratado y se funde para proporcionar una aleación en

solución; y

c) mantenimiento de las aleaciones en solución de 7 °C a 9 °C en agitación mecánica o electromagnética y la realización del moldeo por fundición.

2. El método para la producción de una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono de acuerdo con

la reivindicación 1, en el que el contenido de impurezas presentes en la aleación intermedia de aluminio-circonio- carbono es: Fe no superior al ,5 %, Si no superior al ,3 %, Cu no superior al ,2 %, Cr no superior al ,2 %, y otras impurezas en forma de elementos individuales no superior al ,2 %, en base al porcentaje en peso.

3. El método para la producción de una aleación intermedia de aluminío-círconío-carbono de acuerdo con

la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el circonio metálico en la etapa a) es virutas de circonio o polvo de circonio que tiene un tamaño de partícula promedio de ,1 mm a 1 mm.

4. El método para la producción de una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono de acuerdo con

la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el polvo de grafito tiene un tamaño de partícula promedio de ,335 mm a 1 mm.

5. El método para la producción de una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono de acuerdo con 35 la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el polvo de grafito tiene un tamaño de partícula promedio de ,154

mm a ,335 mm.

6. El método para la producción de una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la solución acuosa de KF, NaF, foZrFe, K2TÍF6 o sus

combinaciones tiene una concentración de ,1 g/l a 5 g/l.

7. El método para la producción de una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono de acuerdo con

la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que cuando se empapa el polvo de grafito, la solución acuosa tiene una

temperatura de 5 °C a 1 °C.

8. El método para la producción de una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono de acuerdo con

la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el circonio y el polvo de grafito tratado se añaden en la etapa b) en

el siguiente orden: en primer lugar el circonio, y a continuación el polvo de grafito tratado después de que el circonio se haya fundido completamente; o en primer lugar el polvo de grafito tratado, y a continuación el circonio después de

que el polvo de grafito tratado se haya fundido completamente.

9. El método para la producción de una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el moldeo por fundición en la etapa c) adopta la fundición y laminado para formar materiales con forma de cable que tienen un diámetro de 9 a 1 mm.