中間合金

將某些單質做成合金，使其便於加入到合金中，解決燒損，高熔點合金不易熔入等問題同時對原材料影響不大的特種合金叫中間合金。比如將紫銅與A00鋁1:1混合後溶化後形成的合金，相對比較容易放入鋅水中進行混合。

基本介紹

• 中文名：中間合金
• 外文名：intermediate　alloy
• 本質：添加型功能材料
• 分類：合金化、晶粒細化、變質型等
• 特點：熔點低、溶解快、收率穩定

定義

中間合金是以一種金屬為基體，將一種或者幾種單質加入其中，以解決該單質易燒損、高熔點不易熔入、密度大易偏析等問題或者用來改善合金性能的特種合金，是一種添加型的功能材料。

各種中間合金

鋼、鑄鐵、高溫合金、鈦合金、磁性合金、鋁合金與有色金屬材料等的冶煉所需要的各種基體合金和添加劑。它不能直接用作金屬材料使用。中間合金是由兩種以上元素組成的，除大量生產的鐵合金外的複合合金。中間合金成分複雜、品種繁多，是根據所冶煉的金屬材料成分和特殊要求而設計的。它的分類可按基體成分分為鐵基合金、鎳基合金、鋁基合金等，也可以按合金的主元素分類，但常稱之為特種合金，以便和大量生產的鐵合金相區別，如矽特種合金、鈣特種合金、硼特種合金、鉻特種合金等；也可以按用途而稱為複合合金劑、複合脫氧劑、複合精煉劑、複合添加劑（精煉劑與合金劑），真空冶煉用中間合金，孕育劑、球化劑、蠕化劑、晶粒細化劑、變性處理劑等。

特點

從中間合金的定義可以看出中間合金有以下幾個特點：

（1）以一種金屬為基體，其含量一般大於或等於50%，如鋁、銅、鐵等；

（2）擬加入的單質一般有易燒損，熔點高，密度大易偏析等不宜直接添加的問題；

（3）中間合金是一種添加型的功能合金材料，不像鑄造鋁合金、變形鋁合金、銅合金、鋼鐵等直接用於鑄件的生產。

中間合金與擬加入的單質相比，一般具有更低的熔點、更快的溶解速度、更穩定的實收率、更強的改善合金性能的能力，因此，中間合金可用於合金生產過程中元素的準確添加及成分調整、細化晶粒、變質處理、淨化處理、脫氧脫硫處理、固溶硬化等，在鋁及鋁合金、銅合金、鋼鐵等行業有著廣泛的套用。

種類

中間合金按照基體的不同可以分為：鋁基中間合金、銅基中間合金、鐵基中間合金、鎂基中間合金、鎳基中間合金等。

中間合金按照用途可以分為：合金化型中間合金（添加型中間合金）、晶粒細化型中間合金、變質型中間合金、淨化型中間合金、脫氧脫硫型中間合金等。

合金化型中間合金

合金化型中間合金也稱添加型中間合金，主要作用是向熔體中添加某些元素。這些元素與熔體基體元素相比一般具有如下特點：

（1）熔點較高，如鋁中添加Si、Fe、Cr、Cu、V等元素；

（2）易揮發燒損，如鋁中添加Mg、Ca等元素；

（3）潤濕性差，如鋁中添加B、C等元素；

（4）密度相差大，易偏析，如鋁中添加Bi、Sn等元素。

如果直接以單質形式向熔體中添加這些元素，則需要提高加入溫度，延長熔煉時間，或者加入過程中燒損加大，實收率難以保證，造成爐前成分的多次調整，影響產品的生產效率。因此，為降低生產成本，獲得較為準確的合金成分，以上元素一般以中間合金的形式加入。在工業化生產中常用的合金化型中間合金有：Al-Si、Al-Fe、Al-Cr、Al-Cu、Al-Mn、Al-V、Al-Zr、Cu-Mg、Cu-Li、Cu-Ca等。

晶粒細化型中間合金

晶粒細化型中間合金加入熔體後，釋放出大量的異質形核核心，可作為熔體凝固時的外來晶核，影響熔體結晶的形核過程，從而起到細化合金晶粒的作用，國內外鋁合金晶粒細化型中間合金產品主要有：Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Ti-B-RE、Al-Ti-C、Al-Ti-B-C等。銅合金晶粒細化型中間合金產品主要有Cu-B、Cu-Fe、Cu-Zr等，其中Cu-B中間合金可用於黃銅的晶粒細化，Cu-Fe中間合金可用於鋁青銅的晶粒細化，Cu-Zr中間合金可用於黃銅的晶粒細化。

鋁基中間合金

Al-Ti、Al-Ti-B中間合金在鋁合金晶粒細化方面有較高的性價比，是工業上套用較廣泛的晶粒細化劑。Al-Ti-B中間合金由於TiAl₃和TiB₂的雙相形核作用，其細化效果優於Al-Ti中間合金。但是，Al-Ti-B中間合金中的TiB₂粒子有比較明顯的聚集現象，同時當鋁合金中含有Zr、Cr、V、Mn等合金化元素時，會奪取TiB₂粒子中的B，形成相應的硼化物，使TiB₂粒子發生“中毒”現象，從而使細化劑減弱或失去作用。Al-Ti-B-RE、Al-Ti-C、Al-Ti-B-C是新型的晶粒細化劑，其克服（或者部分克服）了Al-Ti-B中間合金的上述缺點。Al-Ti-B-RE中間合金是在Al-Ti-B中間合金的基礎上加入混合稀土。稀土是一種表面活性元素，可使鋁熔體與AlTiRE、TiAl、TiB₂粒子之間的潤濕角增大，改善鋪展性，從而有效避免粒子聚集或沉澱現象。但TiB₂等粒子的嚴重偏聚現象只能在一定程度上緩解，因此整個製備過程仍需強力攪拌。Al-Ti-C晶粒細化劑在一定程度上克服了Al-Ti-B的缺點，其異質形核核心TiC比TiB₂具有更小的聚集傾向，並對Zr、Cr、V、Mn等元素“中毒”免疫，但是C元素的經濟加入方式、細化效果的穩定性和工業化規模生產仍需進一步研究。

變質型中間合金

Al-Si合金具有優良的鑄造性能，但是隨著矽含量的提高，合金組織中會出現大量的針、片狀共晶矽和板塊狀初晶矽，嚴重割裂合金基體，開裂傾向增加，合金變脆，力學性能顯著下降。因此，當Al-Si合金中矽含量超過6%時，一般需要進行變質處理，即把共晶矽由粗大的針、片狀改變成細小的纖維狀、葉片狀，把初晶矽由粗大的板塊狀改變成細小的顆粒狀。常見的共晶矽變質中間合金有Al-Sr、Al-Sb、Al-RE等，常見的初晶矽變質中間合金有Al-P、Cu-P等。

淨化型中間合金

淨化型中間合金主要指Al-B中間合金，主要用於電工用鋁的淨化處理。其淨化機理是中間合金中的B元素可以和鋁液中的Ti、V、Cr等影響導電率的雜質元素形成TiB₂、VB₂、CrB₂等密度大的金屬間化合物，通過重力作用沉降在爐底，從而淨化鋁液，提高導電率。

用途

使用中間合金的目的有：

（1）獲得化學成分精確和分布均勻的金屬材料。如添加金屬材料組分中含量較少的元素，可以提高所添加元素在材料中的分布均勻程度。如用釩鋁合金添加釩冶煉Ti-6A1-4V合金。

（2）添加化學活性大、熔點低、易揮發元素。如硼、鈣、鎂等的中間合金。使用中間合金可以減少元素在添加時的燒損，得到穩定的合金成分和較高的元素收得率。

（3）加入高熔點金屬。如鎢、鉬、鈦、鈮、鉻等的中間合金，可使熔化溫度降低，縮短金屬材料的熔煉時間和降低冶煉溫度。

（4）使用中間合金可以同時加入多種元素，使冶煉合金的精煉和合金化同時完成。簡化冶煉操作和縮短了精煉時間。

（5）使用純的中間合金，可減少金屬材料中雜質含量。如冠以“VQ”級的中間合金用於真空冶煉。

（6）降低金屬材料的生產費用。對中間合金的要求是熔點儘可能低；化學成分均勻，偏析小；無可見非金屬夾雜；氣體含量低；雜質含量必須滿足所冶鍊金屬材料的要求；易破碎和在空氣中存放不變質。

生產方法

（1）熔化合成法，中間合金的成分複雜，成分範圍要求狹窄，組成元素的物理化學性質差別懸殊，所以熔化合成法是生產中間合金的重要方法。所用原料有純金屬如鋁、鎂、矽、錳、鎳及各種難熔合金元素，各種中間合金（大多為二元合金）和鐵合金，以及一些可回收利用的廢金屬材料。熔化設備多為感應爐，也可用電弧爐及其他熔化設備。首先將所煉製的合金中含量最大的、熔點較低的金屬熔化。然後將熔點較高的及含量較少的元素加入，溶解而製成合金。熔煉中間合金時，需要添加少量熔劑保護，以免氣體進入合金，還可去除部分雜質。熔化後要充分攪拌，使成分均勻後鑄錠。有些高質量的中間合金需要在真空中或保護氣氛下熔煉和澆鑄。

（2）電矽熱法。主要用於生產矽系中間合金。如複合脫氧劑，複合合金劑與變性劑等。

（3）鋁熱法（或電鋁熱法）。

（4）熔鹽電解法。用於生產化學活性較活潑元素的中間合金，如稀土鐵合金、稀土鋁合金等。