AlTiC细化剂对纯铜的晶粒细化工艺初探毕业论文.docx
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AlTiC细化剂对纯铜的晶粒细化工艺初探毕业论文
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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指导教师签名：
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学位论文原创性声明
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期：
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涉密论文按学校规定处理。
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日期：
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日期：
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
毕业论文任务书
题目：
Al-Ti-C细化剂对纯铜的晶粒细化工艺初探
一、研究目标
（1）对国产Al-Ti-C中间合金细化剂的相组成、相形貌及分布状态进行研究；
（2）研究Al-Ti-C细化剂对纯铜的晶粒细化效果。
二、研究内容及论文要求
1、研究内容
（1）查阅文献资料，明确论文研究的意义及目的。
（2）对国产Al-Ti-C中间合金细化剂的相组成、相形貌及分布状态进行研究；
（3）研究Al-Ti-C细化剂对纯铜的晶粒细化效果及工艺。
（4）分析实验结果，毕业论文撰写。
2、论文要求
（1）综述AL-Ti-C晶粒细化剂的发展历史，以及铜和铜合金晶粒细化方法的研究现状。
（2）围绕研究目标，设定详细的实验方案。
（3）分析国产Al-Ti-C中间合金细化剂的微观组织。
（5）研究Al-Ti-C细化剂对纯铜的晶粒细化效果及工艺。
（6）撰写毕业论文，要求符合兰州理工大学毕业论文格式要求。
（7）翻译与研究内容相关的20000-30000印刷符号的外文文献。
三、各阶段时间安排
论文内容
起止周
文献查阅、开题报告、英文文献翻译
6-20
2014
秋季
实验过程
1-10
2015
春季
实验数据分析
11-12
撰写论文
13-14
论文答辩
15
四、主要参考文献
[1]廖乐杰．稀土铜添加剂在空调用紫铜管中的应用[J].上海有色金属，1997，18
（2）：
93-96．
[2]越超．微量锌和稀土元素镧对纯铜导电性和力学性能的影响[J]．铸造，2005，54（7）：
725-726．
[3]冯小平.热处理工艺对形状记忆合金Cu-Zn-Al性能的影响[J]热加工工艺，2008,37（10）：
152-159.
[4]谭敦强,黎文献.Al-Ti-C晶粒细化剂对工业纯铝的晶粒细化[J].特种铸造及有色合金,2003,02:
1-3.
[5]吴卫华.铜及铜合金晶粒细化方法的研究现状[J].湖南冶金,2006,05:
44-48.
[6]王德胜,侯英玮.ECAP法对H62黄铜的晶粒细化研究［J］.锻压技术，2006，
（2）：
39-42.
[7]钱小兵,陈乐平,周全.铜合金组织细化研究现状[J].铸造技术,2012,09:
1022-1024
[8]章爱生,严明明，曾秋莲，等.稀土硼锆在HPb59-1黄铜中的细化变质效果［J］.铸造，2005，54（10）：
1017-1020.
[9]Abinash,Wined,DevelopmentofA1-Ti-CgrainrefinerscontainingTiC[J].MetallurgicalTransactionsA,1986,（17）:
21-33.
[10]BanerjiA,ReifW,FengQ.
MetallographicinvestigationofTiCnucleantsinthenewlydevelopedAl-Ti-CgrainrefinerJournalofMaterialsScience,1994,29（7）:
1958-1965.
摘要
随着科学技术和现代工业的迅速发展，对铜及其合金的性能提出了更高的要求，需要发展新型的晶粒细化方法。
细化纯铜晶粒是提高纯铜强度和塑性,降低脆性转变温度的一种有效方法。
目前对铜及铜合金晶粒细化方法的研究主要集中在：
添加合金元素细化晶粒；快速凝固法细化晶粒；形变处理细化晶粒和电脉冲孕育处理细化晶粒几个方面。
在铝及铝合金的晶粒细化中，Al-Ti-C是一种被重点研究的细化剂，而且，有研究表明，在一定加入量下，对纯铝具有较好的晶粒细化作用。
但将其应用到纯铜晶粒细化的未见报道。
本文采用熔体热爆法合成制备Al-Ti-C中间合金，并对其进行微观组织分析，同时，将其应用于对纯铜的晶粒细化。
结果表明：
780度制备的Al-Ti-C细化剂由a-Al相、TiA13相、TiC相组成。
但是Al-Ti-C细化剂对工业纯铜并没有细化效果，相反细化剂的加入使得工业纯铜的晶粒变得粗大。
关键词：
AI-Ti-C细化剂，纯铜，细化，合成过程，结论
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnologyandmodernindustry,theperformanceofcopperanditsalloysputforwardhigherrequirements,theneedtodevelopnewmethodsofgrainrefinement.Coppergrainrefinementistoimprovethestrengthandductilityofcopper,aneffectivemethodofreducingbrittletransitiontemperature.Currentresearchoncopperandcopperalloygrainrefinementprocessfocusedon:
alloyingelementgrainrefinement;rapidsolidificationgrainrefinementmethod;deformationprocessinggrainrefinementandelectricalpulsemodificationofseveralgrainrefinementaspect.
Inthegrainrefinementofaluminumandaluminumalloys,Al-Ti-Cisakeyresearchbyrefiners,and,studiesshowthataddingacertainamountofaluminumhasbettergrainrefinementoftherole.However,itsapplicationtograinrefinementofcopperhavenotbeenreported.Inthispaper,wemeltthermalexplosionsynthesismethodAl-Ti-Cmasteralloyanditsmicrostructureanalysis,meanwhile,willbeappliedtothecoppergrainrefinement.Theresultsshowedthat:
780ofAl-Ti-Crefinerpreparedfroma-Alphase,TiA13phase,TiCphase.ButAl-Ti-Crefinerofcopperindustrydoesnotrefinementeffect,addingtheoppositesothatthegrainrefiningagentbecomesthickcopperindustry.
Keyword：
AI-Ti-Crefiner,copper,refining,synthesis,conclusions
目录
摘要I
BSTRACTII
1绪论1
1.1课题研究的背景及意义1
1.2AI-Ti-C细化剂的研究及其应用现状2
1.2.1AI-Ti-C细化剂的发展史2
1.2.2AI-Ti-C细化剂的应用现状3
1.2.3AI-Ti-C细化剂的细化机理研究4
1.3铜及铜合金的细化4
1.3.1我国铜业发展概述4
1.3.2铜业发展所面临的问题以及解决措施5
1.3.3铜及铜合金的晶粒细化8
1.4课题的提出及主要研究内容9
2实验材料及实验过程10
2.1试验设备、材料及实验流程10
2.1.1试验设备10
2.1.2实验材料10
2.1.3实验方法11
2.1.4试验流程12
2.1.5试样的制备13
2.2实验分析及测试方法14
2.2.1金相组织显微分析14
2.2.2SEM（ScanningElectronMicroscope）分析14
2.2.3EDS（EnergyDispersiveSpectrometer）分析14
3AI-Ti-C细化剂对纯铜细化效果的影响15
3.1引言15
3.2Al-Ti-C细化剂微观组织结构15
3.3细化后的纯铜分析17
4结论................................................................................................................................24
附录一英文文献原文21
附录二英文文献翻译30
致谢38
1绪论
1.1课题研究的背景及意义
铜是人类最早使用的金属。
早在史前时代，人们就开始采掘露天铜矿，并用获取的铜制造武器、式具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。
铜是一种存在于地壳和海洋中的金属。
铜在地壳中的含量约为0.01%，在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3%～5%。
未来中国工业化和城市化进程将继续带动铜消费总量的增长，今后相当长的一段时期内，中国电解铜需求平均增长率将保持在10%左右。
大力发展铜工业，满足国内市场需求，从全球发展、全球资源共享及全球产业分工的角度出发，完全符合中国铜工业和国民经济持续健康发展的需要。
以韩国SK石油公司为例，其自身没有资源，其石油加工产量的40%供应国内，60%销往世界各地。
而中国铜生产量只占消费量的30%，何谈‚过剩‛？
再以世界经济发达国家日本为例，完全没有铜精矿资源的我国这位近邻，持续保持着庞大的铜生产和加工能力，精铜产量始终维持在140万吨左右，与我国十分接近，产量一直名列世界前茅。
日本每年铜精矿进口量巨大，但其精铜产量始终维持在较高水平，产量与消费量匹配良好，并没有出现严重的过剩或不足。
而我国既缺少铜精矿资源，又缺少铜冶炼能力，一旦国内消费出现大幅增加，势必受到国际市场铜精矿资源供应和铜价震荡的双重挤兑，铜消费成本只会更高，国内企业只能被迫接受高价甚至天价铜。
自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物存在。
铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石，开采出来的铜矿石，经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。
是唯一的能大量天然产出的金属，也存在于各种矿石（例如黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、赤铜矿和孔雀石）中，能以单质金属状态及黄铜、青铜和其他合金的形态用于工业、工程技术和工艺上。
金属的晶粒大小对金属的许多性能有很大的影响,对于金属常温下的性能来说,晶粒越小则总的晶界面积越大,合金的强度和硬度越高,塑性和韧性也越好。
因此晶粒细化是提高材料强度和塑性,改善铝材质量的重要手段之一。
而获得较纯净的熔体和细小均匀的等轴晶粒组织是其材质的一项重要指标。
要获得这种组织结构，就必须通过不同的手段来细化晶粒，即进行结晶组织的微细化处理，主要包括控制熔体的冷却速度、液态时加入各种中间合金细化剂或借助外来能量（如机械振动、电磁搅拌、超声波处理等）使得黄铜晶粒得到细化，工业中广泛使用的AI-Ti-B细化剂，存在细化质点尺寸较大、易衰退且与Cr,Z:
等元素发生“中毒反应”等缺点，而AI-Ti-C细化剂能够克服以上缺点，被认为是最具潜力的晶粒细化剂。
然而，AI-Ti-C细化剂目前并没有得到广泛应用，主要原因是制备过程中铝熔体对石墨的润湿性差，难以反应生成TiC粒子。
但他在较大意义上改善了细化的效果,晶粒细化是提高材料强度和塑韧性的重要手段之一,在铜及铜合金铸造阶段,添加晶粒细化剂是细化晶粒、改善铜材材质的一种简单有效的方法。
1.2AI-Ti-C细化剂的研究及其应用现状
1.2.1AI-Ti-C细化剂的发展史
在1949年Cibul发现石墨能在Al-Ti二元合金中生成TiC相来细化铝晶粒。
此后人们对铝液中C的加入作了许多尝试,但都未能成功地把足够的C量加入到铝液中生成足够数量的TiC粒子。
直到1986年,Banerji等人通过特殊工艺，成功地制造出含大量亚微尺寸TiC粒子的Al-Ti-C合金。
与此同时，美国和英国进行了Al-Ti-C中间合金的研制，新一代Al-Ti-C中间合金的特点C的质量分数很低，如英国KAB公司的A-6%Ti-0.02%C。
20世纪90年代初,KBA公司报告的KBX-22的成分（质量分数,下同）是Al-（3%~6%）Ti-（0.01%~0.1%）C,并申请了Al-Ti中间合金加人第三元素的专利，第三元素包括0.003%~2%C,0.03%~2%P，0.03%~2%S,0.01%~0.4%B，0.03%~2%N。
1993年，SMC公司开始研制较低钛：
碳比值的Al-Ti-C,要求保留很小的TiC尺寸和低含量的非金属夹杂，不存在未反应的C和Al4C3。
1996年，埃及铝业公司Hadia和埃及大学Ghanny及Niazi研制了Al-Ti5-C1，并同时与Al-Ti3.5-C0.7和Al-Ti3.5-C0.5中间合金做了比较，对Al-Ti-C的发展进行了评价。
1997年Hoefs和Green等发表了“改善铝晶粒细化作用的一种Al-Ti-C中间合金的报告”。
一个由工业界和学术界联合组成的实验研究机构成立，其目标是研究出一种有效的Al-Ti-C中间合金，研究其细化机制、细化作用、聚集行为以及Al-Ti-C的最佳含C量。
在国内，姜文辉等探索了一种新的制备工艺—真空沸腾法，并对形核机制进行了探索，认为TiC相质点团是?
Al有效的异质结晶核心。
余贵春[6]等利用X射线衍射、扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）以及化学分析等方法，对铝热反应法制备Al-Ti-C中间合金的过程进行了研究。
马洪涛等[7]采用SEM研究了Al-Ti-C中间合金细化高纯铝时产生的异质晶核核心,并对细化机制进行了探讨。
结果表明,晶粒核心为富TiC的颗粒团，在颗粒表面有许多凸起的小颗粒。
张作贵等[8]研究了在用熔体反应法制备Al-Ti-C中间合金过程中TiC形成的热力学与动力学。
1.2.2AI-Ti-C细化剂的应用现状
近年来广泛采用了Al-Ti-B细化剂，但是Al-Ti-B合金中的TiB2粒子能在熔体中聚团，在不同产品中引起质量问题：
轧制箔材期间，TiB2粒子损伤轧辊表面，引起箔材针孔、裂纹、断带；在PS铝板基上引起表面缺陷，破坏印刷效果；造成挤压型材表面划伤；给飞机构件厚板带来不良的力学性能影响；在含Zr、Cr、Mn等元素的铝合金中，这些元素与TiB2粒子相互作用引起TiB2“中毒”，造成晶粒不均匀，起不到细化效果。
也有研究表明[12]Zr、Cr、Mn等元素并不会造成新型的Al-Ti-B细化剂中毒，认为以前所谓的“中毒”现象可能是因为早期开发的Al-Ti-B本身就有细化衰退现象［13］，这种衰退原因更多归结为TiB2粒子的聚集沉淀。
由于AI-Ti-B晶粒细化剂存在上述的不足，人们希望有更好的替代品，以适应铜工业的发展需要，也使之更加完善。
近年来国内相继开发了其他一些新型细化剂，例如Al-Ti-C，Al-Ti-C-B，Al-Ti-B-Re，Al-Ti-Sr，Al-Ti-Be等。
本文重点介绍Al-Ti-C在纯铜细化工艺中的应用。
美国KBA公司1999年发表了题为“影响Al-Ti-C合金细化效果的因素”一文，研究了几种Al-Ti-C合金的成分。
通过有关实验和比较认为，AI-5Ti-0.2C是此种晶粒细化剂最佳的成分选择。
国内的清华大学、山东大学、东北大学、兰州理工大学等[22-24]也开展了对Al-Ti-C中间合金的研究，并采用SHS法、接触反应法、熔炼法等方法成功制备出铝及铝合金的Al-Ti-C细化剂。
在实践探索过程中，人们发现Al-Ti-C中间合金能克服Al-Ti-B上述不足。
Al-Ti-C虽然也是通过TiA13和TiC两种粒子起到细化作用的，且TiC质点本身也有很高的熔点，但它本身不像TiB2容易聚集，使上述Al-Ti-B的不足得以避免或减少。
同时，已有的研究表明，Al-Ti-C还具有以下优点：
（1）C的来源广泛且生产细化剂时无污染、绿色化；
（2）在相同的细化剂加入量时，可产生与Al-Ti-B一样的细化效果；（3）TiC质点比TiB2质点尺寸小得多，而且可以进一步细化至纳米级，所以在生产箔材时更具潜力；（4）一些研究发现其对含Zr、Cr、V和Mn等元素的合金有“中毒免疫”作用。
基
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