本发明属于铝合金细化剂，具体涉及复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂、制备方法及应用。
背景技术：
1、铝合金具有良好的可焊性、成形性、耐腐蚀性和中等强度，广泛应用于轨道交通、新能源汽车、船舶等领域，且具有极高的可回收利用价值，与电解铝相比，回收铝的能耗仅为电解铝的约5％左右，在降低碳足迹方面具有显著的优质。
2、然而回收铝合金必然会引入高含量的杂质元素，尤其是高含量fe、si等元素，在铝合金中形成粗大的alx(fe,mn)、al(fe,mn)si等，并呈现出长针状或鱼骨状、花状等复杂的形貌，传统的晶粒细化剂并不能对回收铝合金中的富铁相的尺寸及形貌进行调控。这些粗大第二相在铝合金的生产过程中极难充分破碎或溶解，保留在最终的铝合金产品中，严重降低合金的性能。此外回收铝合金中由于高含量的fe、si、mn、cr、v等杂质元素，在使用传统的细化剂时容易产生细化剂中毒，导致晶粒细化效果减弱。
3、晶粒细化和富fe相形貌的调控是提高再生铝合金性能的最有效的一种方法，目前应用最为广泛的细化剂主要有al-ti-b、al-ti-c、al-10sr等，将al-ti-b、al-ti-c加入铝合金熔体，其中的tial3、tib2等粒子可以起到很好的晶粒细化的效果，al-10sr等含sr的细化剂则主要应用于铸造铝合金中，并相继开发出了al-ti-b-re、al-ti-c-re细化剂，稀土元素la、ce、sc、er等元素虽然对富铁相调控具有积极的作用，但由于其高昂的价格很难实现工业化规模的应用。
4、专利cn118291791a公布了一种再生铝合金中富铁相的变质剂及变质方法，该变质剂主要有sc2o3和氯化物组成，利用游离sc的高表面活性，在初生富铁相表面吸附，抑制了fe原子的扩散和富铁相的生长，同时生成的纳米级a12o3是富铁相良好的形核质点，为富铁相的形核提供了大量的形核位点。
5、专利cn117144201a公布了一种兼具晶粒细化及微合金化作用的铝合金细化剂al-er-zr-ti，成分er的质量百分比为1-6％，ti的质量百分比为0.1-1％，zr的质量百分比为0.1-5％，余量为al。经过该方法制备的细化剂用于纯铝或铝合金的细化效果优异，细化抗衰退性明显，细化后样品微合金化作用显著。
6、专利cn118308630a公布了一种合金铸造用al-ti-nb-b-c细化剂及其制备方法和应用，该发明细化剂在细化铝硅合金时，因为nb元素的加入，不易与si元素形成nbsi类化合物，而是促进生成nbc、tic、nbb2和tib2形核质点粒子，在有效地细化合金的晶粒的同时防止原本已经形成的晶粒再次长大，确保晶粒尺寸的微观稳定性。
7、综上所述，目前细化剂的类型虽然繁多，但还没有专门针对高fe含量的再生铝合金同时实现细化晶粒及富fe相形貌调控的且成本较低适合工业化应用的细化剂。
8、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂、制备方法及应用，本发明的细化剂可以同步实现晶粒细化及富铁相形貌的调控，且细化后再生铝合金具有更高的强度。
2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案如下：
3、一种复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂，其元素组成按照重量百分比包括：ti4.85～5.2％，b 0.5～0.8％，sr 6～8％，mo 4.5～5.5％，fe≤0.2％，si≤0.15％，单个杂质≤0.05％，杂质总和≤0.15％，其余为al及不可避免的杂质，且单个杂质≤0.05％，杂质总和≤0.15％。
4、在本发明的一个或多个实施例中，所述细化剂中含有tial3粒子、sral4粒子、al12mo粒子、tib2粒子、mob2粒子和al2b粒子。
5、在本发明的一个或多个实施例中，所述细化剂中，sral4粒子、al12mo粒子、tial3粒子平均尺寸≤14μm，tib2粒子、mob2粒子、al2b粒子平均尺寸≤1.4μm，尺寸小于2μm的粒子含量≥95％以上。
6、本发明另一具体实施例提供的技术方案如下：
7、一种复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂的制备方法，包括如下步骤：
8、步骤1、以原铝锭、al-ti中间合金、al-b中间合金、al-mo中间合金、al-sr中间合金为原料，以细化剂元素组成进行配制，细化剂元素组成按照重量百分比包括：ti 4.85～5.2％，b 0.5～0.8％，sr 6～8％，mo 4.5～5.5％，fe≤0.2％，si≤0.15％，单个杂质≤0.05％，杂质总和≤0.15％，其余为al及不可避免的杂质，且单个杂质≤0.05％，杂质总和≤0.15％；
9、步骤2、在熔炼炉中将原铝锭加热至750～850℃进行熔化，再加入al-b中间合金、al-ti中间合金和al-mo中间合金，搅拌熔化；
10、步骤3、将熔炼炉温度降温至730～760℃，采用惰性气体精炼，静置、扒渣；
11、步骤4、将熔炼炉温度降温至720～740℃，再加入al-sr中间合金，搅拌熔化，采用惰性气体精炼，静置、扒渣；
12、步骤5、将熔体浇铸得铝合金铸棒；
13、步骤6、将铝合金铸棒加热至420～480℃，挤压，得复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂。
14、在本发明的一个或多个实施例中，步骤3中，采用高纯氩气精炼30～50min，精炼后熔体中h含量≤0.15ml/100gal，精炼后静置5～10min；和/或，
15、步骤4中，采用高纯氩气精炼10～30min，精炼后熔体中h含量≤0.15ml/100gal，精炼后静置2～10min。
16、本发明另一具体实施例提供的技术方案如下：
17、一种复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂用于高fe含量的铝合金复合细化晶粒和富fe相调控，所述细化剂为上述复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂或由上述复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂的制备方法制备得到；
18、所述铝合金为1xxx铝合金、3xxx铝合金或5xxx铝合金。
19、在本发明的一个或多个实施例中，所述铝合金为1xxx铝合金时，按照质量百分比，杂质元素fe≤2％，其余杂质总含量≤1.5％；和/或，
20、所述铝合金为3xxx铝合金时，按照质量百分比，包含mn 0.05～2％、mg0～2％、zn≤0.5％、ti≤0.5％，杂质元素fe≤1.5％，其余杂质元素总含量≤1％，其余为al；和/或，
21、所述铝合金为5xxx铝合金时，按照质量百分比，包含mg 1～5.5％、mn0.05～1.5％、cr 0～0.5％、cu 0～0.8％、zn 0～1.0％、ti≤0.5％，杂质元素fe含量≤0.8％，其余杂质元素总含量≤0.5％，其余为al。
22、在本发明的一个或多个实施例中，所述细化剂的添加量为铝合金熔体的0.02～0.15wt％。
23、在本发明的一个或多个实施例中，所述细化剂的具体使用方法为：
24、以回收铝合金为原材料，配合少量原铝，在熔炼炉中加热至750～850℃熔化，得熔体；
25、将熔体进行成分调整、精炼、扒渣、静置，将熔体温度控制在720～740℃，熔体中h含量≤0.15ml/100gal；
26、采用在线细化方式将所述细化剂添加入熔体中进行细化；
27、将熔体铸造为铸锭，得再生铝合金。
28、在本发明的一个或多个实施例中，所述铝合金中富fe相调整效果达到使长针状β-fe转变为汉字状α-fe，或促进α-fe形貌从复杂的鱼骨状、花状转变为尺寸细小的汉字状或骨骼状。
29、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
30、1、mo元素的引入可以在细化剂中引入al12mo粒子，能够提高异质形核粒子的数量密度；其次mo元素在tib2粒子周围富集，抑制了tib2粒子的团聚和长大，提高了tib2粒子数量密度、分布均匀性，降低了tib2粒子尺寸。mo元素还可以抑制al3ti粒子的形核及长大，有效降低了al3ti粒子数量及尺寸。al12mo粒子转变为al2b粒子和mob2粒子，提高了异质形核核心数量，且al2b粒子稳定性更高，解决了再生铝合金中杂质元素对细化剂的毒化作用。
31、2、sr元素的引入可以取代ti元素形成(ti,sr)al3粒子，抑制tial3粒子的长大，提高(ti,sr)al3或tial3粒子的数量密度；sr元素可以起到和mo元素相似的作用在tib2粒子周围富集，抑制了tib2粒子的团聚和长大，提高了tib2粒子数量密度、分布均匀性，降低tib2粒子尺寸。sr元素在合金中形成块状的al4sr相，由于tib2、mob2、al2b晶粒细化粒子的存在，al4sr相尺寸明显降低，提高了在后续使用过程中的吸收率；细化剂中的sr会优先与再生铝合金中的si元素结合，避免了细化剂的si中毒，提高细化剂的细化效果。
32、3、降低了sr元素引入导致铸造组织中的气孔率，传统的工艺以纯sr或al10sr、al20sr中间合金的方式加入，但sr元素化学性质活泼，高温条件下容易与空气中的水分发生反应，导致铝合金熔体中h元素含量提高，后续铸造过程中h元素形成h2导致合金铸造组织产生大量气孔。此外该过程中sr元素大量消耗降低了sr元素的实收率，提高生产成本。本发明中sr元素以小尺寸的al4sr的形式存在，尺寸得到充分的细化，有利于sr元素快速均匀的分散在熔体中，降低了sr元素的烧损和吸氢行为，提高实收率的同时降低合金铸造组织中的气孔率。
33、4、由于mo和sr元素的引入，在细化剂中形成了尺寸细小、分布均匀的tial3、sral4、al12mo、tib2、mob2、al2b晶粒细化粒子，提高了细化剂的细化效果。细化剂中块状的al12mo、sral4粒子，由于尺寸得到细化，因此加速了在再生铝合金的快溶解速率，释放出mo、sr原子，mo、sr原子在富fe相周围富集形成成分过冷，抑制了富fe相的粗化及沿特定晶体学方向的生长，因此可以起到细化富fe相尺寸和形貌调整的作用，提高了再生铝合金的强度和塑性。
34、综上所述，本发明所述的细化剂可以同时实现再生铝合金晶粒细化和富fe相形貌调控的作用，且晶粒细化效果优于传统的al-5ti-b细化剂。
1.一种复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂，其特征在于，其元素组成按照重量百分比包括：ti 4.85～5.2％，b 0.5～0.8％，sr 6～8％，mo 4.5～5.5％，fe≤0.2％，si≤0.15％，其余为al及不可避免的杂质，且单个杂质≤0.05％，杂质总和≤0.15％。
2.根据权利要求1所述的复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂，其特征在于，所述细化剂中含有tial3粒子、sral4粒子、al12mo粒子、tib2粒子、mob2粒子和al2b粒子。
3.根据权利要求2所述的复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂，其特征在于，所述细化剂中，sral4粒子、al12mo粒子、tial3粒子平均尺寸≤14μm，tib2粒子、mob2粒子、al2b粒子平均尺寸≤1.4μm，尺寸小于2μm的粒子含量≥95％以上。
4.一种复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂的制备方法，其特征在于，步骤3中，采用高纯氩气精炼30～50min，精炼后熔体中h含量≤0.15ml/100gal，精炼后静置5～10min；和/或，
6.一种复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂用于高fe含量的铝合金复合细化晶粒和富fe相调控，所述细化剂为权利要求1-3任一项所述的复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂或由权利要求4-5任一项所述的复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂的制备方法制备得到；
7.根据权利要求6所述的复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂的应用，其特征在于，所述铝合金为1xxx铝合金时，按照质量百分比，杂质元素fe≤2％，其余杂质总含量≤1.5％；和/或，
8.根据权利要求6所述的复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂的应用，其特征在于，所述细化剂的添加量为铝合金熔体的0.02～0.15wt％。
9.根据权利要求6所述的复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂的应用，其特征在于，所述细化剂的具体使用方法为：
10.根据权利要求6所述的复合细化晶粒与富fe相调控的细化剂的应用，其特征在于，所述铝合金中富fe相调整效果达到使长针状β-fe转变为汉字状α-fe，或促进α-fe形貌从复杂的鱼骨状、花状、长条状转变为尺寸细小的汉字状或骨骼状。
