Procedimiento de preparación de una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono.

Un procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono,

caracterizado porque la aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono tiene una composición química de entre el 0,01 % y el 10 % de Zr, entre el 0,01 % y el 10 % de Ti, entre el 0,01 % y 0,3 % de C, y el resto Al, basado en porcentaje en peso; el procedimiento de producción comprende las etapas de:

a. preparar aluminio puro comercial, circonio metálico, titanio metálico y material de grafito de acuerdo con los porcentajes en peso de la aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono; el grafito es polvo de grafito que tiene un tamaño medio de partícula comprendido entre 0,074 mm y 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 la combinación de los mismos, se deja en remojo durante entre 12 y 72 horas, se filtra o se centrifuga, y seguidamente se seca a entre 80 °C y 200 °C durante entre 12 y 24 horas;

b. fundir el aluminio puro comercial y mantenerlo a entre 700 °C y 900 °C para proporcionar aluminio líquido, al cual se añaden el circonio, el titanio y el polvo de grafito tratado preparados y se funden para dar lugar a una solución de aleación; y

c. mantener la solución de aleación a entre 700 °C y 900 °C con agitación mecánica o electromagnética y realizar el moldeo por colada.

Procedimiento de preparación de una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para preparar una aleación intermedia que sirve como afinamiento del grano para mejorar las propiedades de metales y aleaciones, y, en particular, a un procedimiento para la preparación de una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono para afinar los granos de magnesio y de las aleaciones de magnesio.

Antecedentes de la invención

El uso del magnesio y de las aleaciones de magnesio a nivel industrial comenzó en la década de 1930.

Dado que el magnesio y las aleaciones de magnesio son los materiales metálicos estructurales más ligeros en la actualidad, y presentan las ventajas de baja densidad, alta resistencia y rigidez, buena nivel de absorción y amortiguación de choques, conductividad térmica y capacidad de blindaje electromagnético, excelente capacidad de mecanización, tamaño estable de las piezas, fácil recuperación, y similares, el magnesio y las aleaciones de magnesio, en especial las aleaciones de magnesio forjado, poseen un potencial de utilización extremadamente grande en los campos del transporte, la ingeniería de materiales estructurales y la electrónica. La aleación de magnesio forjado se refiere a la aleación de magnesio formada por procedimientos de moldeo plástico, tales como extrusión, laminado, forjado y similares. Sin embargo, debido a las limitaciones en, por ejemplo, la preparación de los materiales, las técnicas de procesamiento, el rendimiento y los costes anticorrosión, el uso de las aleaciones de magnesio, en especial de la aleación de magnesio forjado, está muy lejos de las aleaciones de acero y aluminio en términos de cantidad de utilización, lo que se traduce en una tremenda diferencia entre el potencial de desarrollo y la aplicación práctica de los mismos, algo que nunca ocurre con ningún otro material metálico.

La diferencia entre el magnesio y los demás metales usados habitualmente, tales como el hierro, el cobre y el aluminio, radica en que su aleación exhibe una estructura cristalina hexagonal empaquetada cerrada, 30 tiene solo 3 sistemas de deslizamiento independientes a temperatura ambiente, posee una mala capacidad de forjado plástico y, en términos de sus propiedades mecánicas, se ve afectado de manera significativa por los tamaños de grano. Las aleaciones de magnesio tienen una gama relativamente amplia de temperaturas de cristalización, una conductividad térmica relativamente baja, una contracción de volumen relativamente grande, una notable tendencia al engrosamiento durante el crecimiento del grano, y defectos por generación de porosidad de 35 contracción, agrietamiento térmico y similares durante el endurecimiento. Dado que un tamaño de grano más fino facilita la reducción de la porosidad de contracción, disminuyendo el tamaño de la segunda fase y reduciendo los defectos durante la forja, el afinamiento de los granos de aleación de magnesio puede acortar la distancia de difusión requerida por la solución sólida de fases de contorno de grano corto, y mejorar a su vez la eficacia del tratamiento térmico. Además, el tamaño de grano más fino contribuye a mejorar el rendimiento anticorrosión y la 40 capacidad de mecanización de las aleaciones de magnesio. La aplicación de afinamiento de grano en el afinamiento de las masas fundidas de aleación de magnesio es un medio importante para la mejora de las prestaciones globales y de las propiedades de formación de las aleaciones de magnesio. El afinamiento del tamaño de grano no solo permite mejorar la resistencia de las aleaciones de magnesio, sino también la plasticidad y la tenacidad de las mismas, permitiendo así el procesamiento plástico a gran escala y la industrialización de bajo coste de los materiales 45 de aleación de magnesio.

Se descubrió en 1937 que el elemento que tiene un efecto significativo para el afinamiento del tamaño de grano del magnesio puro es el Zr. Los estudios han demostrado que el Zr es capaz de inhibir eficazmente el crecimiento de los granos de las aleaciones de magnesio, así como afinar el tamaño de grano. El Zr se puede utilizar 50 en aleaciones de Mg puro, con base de Mg-Zn y aleaciones de Mg-RE, pero no se puede utilizar en aleaciones con base de Mg-Al ni en aleaciones con base de Mg-Mn, ya que tiene una solubilidad en magnesio líquido muy pequeña, es decir, solamente el 0, 6 % en peso de Zr se disuelve en magnesio líquido durante la reacción peritéctica, y precipitará mediante la formación de compuestos estables con Al y Mn. Las aleaciones con base de Mg-Al son las aleaciones de magnesio más populares disponibles comercialmente, pero adolecen de las desventajas de unos 55 granos de fundición relativamente gruesos, e incluso cristales columnares grueso y cristales en forma de abanico, lo que se traduce en dificultades en el procesamiento por forjado de lingotes, tendencia a la fisuración, baja tasa de producto acabado, propiedades mecánicas deficientes y muy baja tasa de forjado plástico, lo que afecta negativamente a la producción industrial de las mismos. Por lo tanto, en primer lugar es preciso abordar el problema existente en el afinamiento de los granos de aleación de magnesio fundido con el fin de lograr una producción a gran

escala. Los procedimientos para afinar los granos de aleaciones a base de Mg-Al comprenden principalmente el procedimiento de sobrecalentamiento, el procedimiento de adición de elementos de tierras raras y el procedimiento de inoculación de carbono. El procedimiento de sobrecalentamiento es eficaz en cierta medida; sin embargo, la masa fundida se oxida gravemente. El procedimiento de adición de elementos de tierras raras tiene un efecto ni 5 estable ni ideal. El procedimiento de inoculación de carbono tiene las ventajas de contar con una amplia fuente de materias primas y la baja temperatura de funcionamiento, y se ha convertido en el principal procedimiento de afinamiento del grano para las aleaciones basadas en Mg-Al. Los procedimientos de inoculación de carbono convencionales añaden MgCO3, C2Cl6, o similares a una masa fundida para formar una gran cantidad de puntos de masa de Al4C3 dispersos en ella, que constituyen buenos núcleos de cristales heterogéneos para afinar el tamaño de 10 grano de las aleaciones de magnesio. Sin embargo, tales afinadores rara vez se adoptan, debido a que su adición a menudo provoca que la masa fundida hierva. En resumen, no se ha encontrado una aleación intermedia de grano de propósito general en la industria de las aleaciones de magnesio, y la gama de aplicación de los diversos procedimientos de afinamiento del grano depende de las aleaciones o de los componentes de las mismas. Por consiguiente, una de las claves para lograr la industrialización de las aleaciones de magnesio es encontrar una aleación intermedia de propósito general capaz de afinar los granos fundidos de forma eficaz al solidificar magnesio y aleaciones de magnesio, así como un procedimiento para preparar tal aleación intermedia afinadora de grano a bajo coste y a gran escala.

Características de la invención

Con el fin de abordar los problemas anteriores existentes en la actualidad, la presente invención da a conocer un procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono (Al-Zr-Ti-C) , mediante el cual se puede producir de forma continua, a bajo coste y gran escala, una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono (Al-Zr-Ti-C) de alta calidad para afinar los granos de magnesio y de las aleaciones de magnesio.

La presente invención adopta la siguiente solución técnica: Un procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono (Al-Zr-Ti-C) , caracterizado porque la aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono (Al-Zr-Ti-C) tiene una composición química de entre el 0, 01 % y el 10 % de Zr, entre el 0, 01 % y el 10 % de Ti, entre el 0, 01 % y 0, 3 % de C, y el resto Al, basado en porcentaje en peso; el procedimiento de producción comprende las etapas de:

a. preparar aluminio puro comercial, circonio metálico, titanio metálico y material de grafito de acuerdo con los porcentajes en peso de la aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono; el grafito es polvo de grafito que tiene un tamaño medio de partícula comprendido entre 0, 074 mm y 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 la combinación de los mismos, se deja en remojo durante entre 12 y 72 horas, se filtra o se centrifuga, y seguidamente se seca a entre 80 º C y 200 º C durante entre 12 y 24 horas;

b. fundir el aluminio... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono, caracterizado porque la aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono tiene una composición química de entre el 0, 01 % y el 10 % de Zr, entre el 0, 01 % y el 10 % de Ti, entre el 0, 01 % y 0, 3 % de C, y el resto Al, basado en porcentaje en peso; el procedimiento de producción comprende las etapas de:

a. preparar aluminio puro comercial, circonio metálico, titanio metálico y material de grafito de acuerdo con los porcentajes en peso de la aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono; el grafito es polvo de grafito que tiene un tamaño medio de partícula comprendido entre 0, 074 mm y 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 la combinación de los mismos, se deja en remojo durante entre 12 y 72 horas, se filtra o se centrifuga, y seguidamente se seca a entre 80 º C y 200 º C durante entre 12 y 24 horas;

b. fundir el aluminio puro comercial y mantenerlo a entre 700 º C y 900 º C para proporcionar aluminio líquido, al cual se añaden el circonio, el titanio y el polvo de grafito tratado preparados y se funden para dar lugar a una solución de aleación; y c. mantener la solución de aleación a entre 700 º C y 900 º C con agitación mecánica o electromagnética y realizar el 20 moldeo por colada.

2. El procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el contenido de impurezas presentes en la aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono es: Fe no más del 0, 5 %, Si no más del 0, 3 %, Cu no más del 0, 2 %, Cr no más del 0, 2 %, y otros elementos de impureza individual no más del 0, 2 %, basado en porcentaje en peso.

3. El procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el circonio metálico de la etapa a es chatarra de circonio o polvo de circonio que tiene un tamaño medio de partícula comprendido entre 0, 1 mm y 1 mm, y el titanio metálico es esponja de titanio o chatarra de titanio.

4. El procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el polvo de grafito tiene un tamaño medio de partícula comprendido entre 0, 335 mm y 1 mm.

5. El procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el polvo de grafito tiene un tamaño medio de partícula comprendido entre 0, 154 mm y 0, 335 mm.

6. El procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la solución acuosa de KF, NaF, K2ZrF6, K2TiF6 o la combinación de los mismos tiene una concentración comprendida entre 0, 1 g/L y 5 g/L.

7. El procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono de 45 acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que cuando el polvo de grafito se pone en remojo, la solución acuosa tiene una temperatura comprendida entre 50 º C y 100 º C.

8. El procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-carbono de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el circonio, el titanio y el polvo de grafito tratado se añaden en la etapa b en el 50 orden de: en primer lugar el circonio y el titanio, y en segundo lugar el polvo de grafito tratado una vez que el circonio y el titanio se hayan fundido por completo; o en primer lugar el polvo de grafito tratado, y en segundo lugar el circonio y el titanio una vez que el polvo de grafito tratado se haya fundido por completo.

9. El procedimiento para producir una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono de 55 acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que durante el moldeo por colada en el paso c tiene lugar una colada y una laminación para formar un material de alambre que tiene un diámetro comprendido entre 9 y 10 mm.