中间合金

将某些单质做成合金

将某些单质做成合金，使其便于加入到合金中，解决烧损，高熔点合金不易熔入等问题同时对原材料影响不大的特种合金叫中间合金。比如将紫铜与A00铝1:1混合后溶化后形成的合金，相对比较容易放入锌水中进行混合。

定义

中间合金是以一种金属为基体，将一种或者几种单质加入其中，以解决该单质易烧损、高熔点不易熔入、密度大易偏析等问题或者用来改善合金性能的特种合金，是一种添加型的功能材料。

钢、铸铁、高温合金、钛合金、磁性合金、铝合金与有色金属材料等的冶炼所需要的各种基体合金和添加剂。它不能直接用作金属材料使用。中间合金是由两种以上元素组成的，除大量生产的铁合金外的复合合金。中间合金成分复杂、品种繁多，是根据所冶炼的金属材料成分和特殊要求而设计的。它的分类可按基体成分分为铁基合金、镍基合金、铝基合金等，也可以按合金的主元素分类，但常称之为特种合金，以便和大量生产的铁合金相区别，如硅特种合金、钙特种合金、硼特种合金、铬特种合金等；也可以按用途而称为复合合金剂、复合脱氧剂、复合精炼剂、复合添加剂（精炼剂与合金剂），真空冶炼用中间合金，孕育剂、球化剂、蠕化剂、晶粒细化剂、变性处理剂等。

特点

从中间合金的定义可以看出中间合金有以下几个特点：

（1）以一种金属为基体，其含量一般大于或等于50%，如铝、铜、铁等；

（2）拟加入的单质一般有易烧损，熔点高，密度大易偏析等不宜直接添加的问题；

（3）中间合金是一种添加型的功能合金材料，不像铸造铝合金、变形铝合金、铜合金、钢铁等直接用于铸件的生产。

中间合金与拟加入的单质相比，一般具有更低的熔点、更快的溶解速度、更稳定的实收率、更强的改善合金性能的能力，因此，中间合金可用于合金生产过程中元素的准确添加及成分调整、细化晶粒、变质处理、净化处理、脱氧脱硫处理、固溶硬化等，在铝及铝合金、铜合金、钢铁等行业有着广泛的应用。

种类

中间合金按照基体的不同可以分为：铝基中间合金、铜基中间合金、铁基中间合金、镁基中间合金、镍基中间合金等。

中间合金按照用途可以分为：合金化型中间合金（添加型中间合金）、晶粒细化型中间合金、变质型中间合金、净化型中间合金、脱氧脱硫型中间合金等。

合金化型中间合金

合金化型中间合金也称添加型中间合金，主要作用是向熔体中添加某些元素。这些元素与熔体基体元素相比一般具有如下特点：

（1）熔点较高，如铝中添加Si、Fe、Cr、Cu、V等元素；

（2）易挥发烧损，如铝中添加Mg、Ca等元素；

（3）润湿性差，如铝中添加B、C等元素；

（4）密度相差大，易偏析，如铝中添加Bi、Sn等元素。

如果直接以单质形式向熔体中添加这些元素，则需要提高加入温度，延长熔炼时间，或者加入过程中烧损加大，实收率难以保证，造成炉前成分的多次调整，影响产品的生产效率。因此，为降低生产成本，获得较为准确的合金成分，以上元素一般以中间合金的形式加入。在工业化生产中常用的合金化型中间合金有：Al-Si、Al-Fe、Al-Cr、Al-Cu、Al-Mn、Al-V、Al-Zr、Cu-Mg、Cu-Li、Cu-Ca等。

晶粒细化型中间合金

晶粒细化型中间合金加入熔体后，释放出大量的异质形核核心，可作为熔体凝固时的外来晶核，影响熔体结晶的形核过程，从而起到细化合金晶粒的作用，国内外铝合金晶粒细化型中间合金产品主要有：Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Ti-B-RE、Al-Ti-C、Al-Ti-B-C等。铜合金晶粒细化型中间合金产品主要有Cu-B、Cu-Fe、Cu-Zr等，其中Cu-B中间合金可用于黄铜的晶粒细化，Cu-Fe中间合金可用于铝青铜的晶粒细化，Cu-Zr中间合金可用于黄铜的晶粒细化。

Al-Ti、Al-Ti-B中间合金在铝合金晶粒细化方面有较高的性价比，是工业上应用较广泛的晶粒细化剂。Al-Ti-B中间合金由于TiAl3和TiB2的双相形核作用，其细化效果优于Al-Ti中间合金。但是，Al-Ti-B中间合金中的TiB2粒子有比较明显的聚集现象，同时当铝合金中含有Zr、Cr、V、Mn等合金化元素时，会夺取TiB2粒子中的B，形成相应的硼化物，使TiB2粒子发生“中毒”现象，从而使细化剂减弱或失去作用。Al-Ti-B-RE、Al-Ti-C、Al-Ti-B-C是新型的晶粒细化剂，其克服（或者部分克服）了Al-Ti-B中间合金的上述缺点。Al-Ti-B-RE中间合金是在Al-Ti-B中间合金的基础上加入混合稀土。稀土是一种表面活性元素，可使铝熔体与AlTiRE、TiAl、TiB2粒子之间的润湿角增大，改善铺展性，从而有效避免粒子聚集或沉淀现象。但TiB2等粒子的严重偏聚现象只能在一定程度上缓解，因此整个制备过程仍需强力搅拌。Al-Ti-C晶粒细化剂在一定程度上克服了Al-Ti-B的缺点，其异质形核核心TiC比TiB2具有更小的聚集倾向，并对Zr、Cr、V、Mn等元素“中毒”免疫，但是C元素的经济加入方式、细化效果的稳定性和工业化规模生产仍需进一步研究。

变质型中间合金

Al-Si合金具有优良的铸造性能，但是随着硅含量的提高，合金组织中会出现大量的针、片状共晶硅和板块状初晶硅，严重割裂合金基体，开裂倾向增加，合金变脆，力学性能显著下降。因此，当Al-Si合金中硅含量超过6%时，一般需要进行变质处理，即把共晶硅由粗大的针、片状改变成细小的纤维状、叶片状，把初晶硅由粗大的板块状改变成细小的颗粒状。常见的共晶硅变质中间合金有Al-Sr、Al-Sb、Al-RE等，常见的初晶硅变质中间合金有Al-P、Cu-P等。

净化型中间合金

净化型中间合金主要指Al-B中间合金，主要用于电工用铝的净化处理。其净化机理是中间合金中的B元素可以和铝液中的Ti、V、Cr等影响导电率的杂质元素形成TiB2、VB2、CrB2等密度大的金属间化合物，通过重力作用沉降在炉底，从而净化铝液，提高导电率。

用途

使用中间合金的目的有：

（1）获得化学成分精确和分布均匀的金属材料。如添加金属材料组分中含量较少的元素，可以提高所添加元素在材料中的分布均匀程度。如用钒铝合金添加钒冶炼Ti-6A1-4V合金。

（2）添加化学活性大、熔点低、易挥发元素。如硼、钙、镁等的中间合金。使用中间合金可以减少元素在添加时的烧损，得到稳定的合金成分和较高的元素收得率。

（3）加入高熔点金属。如钨、钼、钛、铌、铬等的中间合金，可使熔化温度降低，缩短金属材料的熔炼时间和降低冶炼温度。

（4）使用中间合金可以同时加入多种元素，使冶炼合金的精炼和合金化同时完成。简化冶炼操作和缩短了精炼时间。

（5）使用纯的中间合金，可减少金属材料中杂质含量。如冠以“VQ”级的中间合金用于真空冶炼。

（6）降低金属材料的生产费用。对中间合金的要求是熔点尽可能低；化学成分均匀，偏析小；无可见非金属夹杂；气体含量低；杂质含量必须满足所冶炼金属材料的要求；易破碎和在空气中存放不变质。

生产方法

（1）熔化合成法，中间合金的成分复杂，成分范围要求狭窄，组成元素的物理化学性质差别悬殊，所以熔化合成法是生产中间合金的重要方法。所用原料有纯金属如铝、镁、硅、锰、镍及各种难熔合金元素，各种中间合金（大多为二元合金）和铁合金，以及一些可回收利用的废金属材料。熔化设备多为感应炉，也可用电弧炉及其他熔化设备。首先将所炼制的合金中含量最大的、熔点较低的金属熔化。然后将熔点较高的及含量较少的元素加入，溶解而制成合金。熔炼中间合金时，需要添加少量熔剂保护，以免气体进入合金，还可去除部分杂质。熔化后要充分搅拌，使成分均匀后铸锭。有些高质量的中间合金需要在真空中或保护气氛下熔炼和浇铸。

（2）电硅热法。主要用于生产硅系中间合金。如复合脱氧剂，复合合金剂与变性剂等。

（3）铝热法（或电铝热法）。

（4）熔盐电解法。用于生产化学活性较活泼元素的中间合金，如稀土铁合金、稀土铝合金等。

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