CN101781720B - Mg2Si强化镁合金的制备方法 - Google Patents

Mg2Si强化镁合金的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101781720B
CN101781720B CN2009102545774A CN200910254577A CN101781720B CN 101781720 B CN101781720 B CN 101781720B CN 2009102545774 A CN2009102545774 A CN 2009102545774A CN 200910254577 A CN200910254577 A CN 200910254577A CN 101781720 B CN101781720 B CN 101781720B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ingot
magnesium alloy
sio
magnesium
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2009102545774A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101781720A (zh
Inventor
徐春杰
孟令楠
郭学锋
张忠明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nantong Su steel pipe fittings Co., Ltd.
Original Assignee
Xian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Technology filed Critical Xian University of Technology
Priority to CN2009102545774A priority Critical patent/CN101781720B/zh
Publication of CN101781720A publication Critical patent/CN101781720A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101781720B publication Critical patent/CN101781720B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种Mg2Si强化镁合金的制备方法，首先将SiO2粉末或颗粒烘干；然后在纯镁锭或商用镁合金锭上钻孔，将按照合金中所需要Si的含量进行换算得出SiO2粉末或颗粒的质量并填充于纯镁锭或商用镁合金锭上的钻孔内；而后将铸锭放置于熔化坩埚内采用保护气体进行保护，或在工业商用覆盖溶剂保护条件下进行加热熔化，或采用在真空熔炼炉内充入氩气保护条件下进行加热熔化；最后当金属全部熔化后，采用机械搅拌或通入氩气进行充分搅拌，然后对其进行去渣后浇铸。本发明通过自生获得细小Mg2Si强化相的高强度耐热镁合金制备方法，包括熔化和铸造方法，扩大了含Mg2Si强化相的耐热镁合金的应用范围。

Description

Mg2Si强化镁合金的制备方法
技术领域
本发明属于有色金属材料制备工艺技术领域，涉及一种通过自生获得Mg2Si强化相的耐热镁合金的制备工艺，具体涉及一种Mg2Si强化镁合金的制备方法。
背景技术
随着现代工业的飞速发展，资源日趋贫化，能源日趋紧张，降低能耗已经成为市场竞争的契机，因此轻质工程材料的研究受到各工程领域越来越多的重视。镁及镁合金作为最轻的金属结构材料，具有较高的比强度、比刚度，同时具有良好的阻尼性能、导热、导电性能、电磁屏蔽性能和友好的环境特性及优良的铸造性能备受青睐，成为本世纪最有发展潜力的金属材料之一。然而，镁是密排六方结构，限制了镁合金的塑性变形能力。镁的力学性能较低，尤其是高温性能低，也限制了镁合金的应用。尽管目前已经开发出了不同系列的镁合金，德国等还开发出了AE、WE和MRI系列抗高温蠕变镁合金，但是这些系列合金使用了RE、Y、Sc、Th等贵金属，使合金成本和生产成本上升，限制了这些合金只能在导弹、高端小轿车上使用。
Mg2Si相为CaF2型面心立方晶体结构，具有高熔点(1087℃)、高硬度(HV0.5460)、高弹性模量(120GPa)、低密度(1.99g·cm-3)、低热膨胀系数(7.5×10-6K-1)和好的耐磨性、优良的高温性能和热稳定性，增强效果比较明显。含Mg2Si相的镁合金强化机理是在晶界处形成细小弥散分布的稳定析出相Mg2Si。镁的反应体系主要包括Mg-Mg2Si，Mg-MgO等，因此，Mg2Si相可以在镁合金中使用低廉的Si原位自生反应生成，以提高镁合金的高温力学性能。
然而，作为质量最轻、比强度高的镁及其合金，由于其熔点低，极易氧化燃烧，给原位自生反应获得Mg2Si强化相的镁合金研究和开发带来了困难。尽管德国已经于上世纪70年代开发了廉价的AS(Mg-4Al-1Si及Mg-2Al-1Si等)系列合金，但是直接将Si加入镁合金后会形成粗大的汉字状或块状Mg2Si相，降低了镁合金的力学性能，只适于冷速较快的压铸。当Si的质量分数小于0.5％时，Mg2Si相呈细小短棒状或细片状；当Si的质量分数为1.0％时，增强效果最明显；当Si含量超过1％以后会形成多棱面的粗大枝晶状和块状Mg2Si相，引起材料性能的下降，从而大大降低合金液的流动性，使得合金的铸造性能极度恶化。
当Si含量小于1％时可以通过直接加入Si块或Si粉获得汉字状或点状的Mg2Si相，而含量超过1％时，由于Mg2Si相的高熔点，使合金的熔点大幅提高，不利于原子的扩散形成Mg2Si相。另外，镁或镁合金的密度通常只有1.74-2.1g·cm-3，熔点为～649℃，而硅的密度为2.33g·cm-3，熔点为1412℃，在合金配制过程中Si将沉淀于镁合金液的底部，Si只能通过扩散进入镁液中，这使自生获得含Mg2Si相的镁合金配置极为困难。
目前Mg2Si相强化镁合金通常仅适用于制备Si含量1％左右的低硅镁合金，获得Mg2Si强化相的方法主要是采用直接加入Si或中间合金，如发明专利“含Mg2Si强化相镁合金的组织细化熔铸工艺”(专利号ZL01126464.0，公开号CN1341766，公开日2002年3月27日)中述及的含Mg2Si强化相镁合金熔化，该专利采用Sb细化组织，但并未涉及如何制备含Mg2Si强化相的镁合金或如何在镁合金中获得Mg2Si强化相。Si含量高于1％时，目前通常只能通过其他中间合金配制，这限制了一些合金的应用，如采用Al-Si中间合金制备含Mg2Si相的镁合金，但是当合金中不含Al时，就不能使用该中间合金，或者当希望Si含量较高时限制了该中间合金的应用。由于采用直接加入Si或中间合金办法在凝固过程中容易形成粗大Mg2Si相，严重影响其力学性能，如何细化合金组织，尤其是细化Mg2Si相，并使之弥散分布，成为提高含Mg2Si相的镁合金性能的关键。尽管为了避免出现汉字状或粗大枝晶状Mg2Si相，提高合金的强度和韧性，现有技术还可以通过加入Ca或Sb等或稀土合金元素细化晶粒，并通过提高冷却速度来细化含Si镁合金的组织。这些措施不仅提高了合金的成本，而且控制工序繁琐，细化程度有限，限制了该类合金的广泛应用。因此需要寻找和开发新的技术来进一步细化镁基体的晶粒尺寸和Mg2Si的尺寸，并控制Mg2Si的形貌和Mg2Si分布，降低成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种Mg2Si强化镁合金的制备方法，提供一种比较廉价的，通过自生获得细小Mg2Si强化相的高强度耐热镁合金制备工艺。
本发明所采用的技术方案是，一种Mg2Si强化镁合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将SiO2粉末或颗粒在200～500℃的条件下烘干，烘干时间为0.5～2小时；
步骤2，在纯镁锭或商用镁合金锭上钻孔，孔径的大小以能填充入所需的SiO2粉末或颗粒为准，根据合金中需要的Si含量，其中Si的质量按照Si：SiO2为7：15换算得出SiO2粉末或颗粒所需要的质量，按照换算得出的质量称取步骤1烘干的SiO2粉末或颗粒，并将其填充于纯镁锭或商用镁合金锭上的钻孔内；
步骤3，将步骤2处理过的铸锭放置于坩埚内进行加热熔化，熔化过程中采用保护气体进行保护，或在工业商用覆盖溶剂保护条件下进行加热熔化，或采用在真空熔炼炉内充入氩气保护条件下进行加热熔化；
步骤4，当镁或镁合金全部熔化后，采用机械搅拌或在熔融镁合金中通入氩气进行充分搅拌，搅拌时间为5～20分钟，然后进行去渣浇铸。
本发明的特点还在于，
SiO2粉末的粒径为3-100μm，SiO2颗粒的粒径为0.5-1.5mm。
步骤3中采用的保护气体为Ar或CO2+0.5％SF6。
步骤4中的浇铸方法为压铸、挤压铸造、半固态成型、金属型铸造或砂铸。
本发明的方法，通过SiO2与镁或镁合金发生反应原位自生获得Mg2Si强化相，并利用SiO2与镁或镁合金发生的剧烈放热反应熔化剩余镁或镁合金，节约了能源。所用的原材料SiO2价格低廉，不仅获得的Mg2Si强化相晶粒细小，除了5％Si以上的合金中有部分粗大的树枝状Mg2Si外，其余合金中Mg2Si呈点状、块状或多角形颗粒状，而且基体组织也比较细小。
本发明的方法，具有以下效果：
(1)采用SiO2粉末或颗粒与镁或镁合金同时加热，通过自生反应获得含Mg2Si强化相的细晶基体组织的镁合金。由于SiO2与镁或镁合金的反应是剧烈放热反应，可以利用该放热反应熔化剩余镁或镁合金，节约能源。
(2)镁合金中的Si含量可以很方便地控制在～1.0％或1.0～15％。
(3)由于采用的是SiO2粉末或颗粒，反应时合金中有大量的异质核心，因此在凝固时易获得大量的晶核坯，有利于获得细小的自生Mg2Si强化相和获得细晶组织。
(4)可以采用该方法获得Mg-Si中间合金，其中Si含量为1.0～15％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明是一种通过自生获得Mg2Si强化相的耐热镁合金的制备方法，尤其是在合金熔炼过程中加入SiO2粉末或颗粒通过化学反应自生获得Mg2Si强化相，采用机械或Ar气体搅拌细化强化相及细化基体组织和强化合金的作用，制备过程中通过气体保护或熔盐保护。具体按以下步骤进行：
步骤1，由于SiO2粉末或颗粒中可能存在水份，为了避免合金中产生缺陷或合金发生氧化，采用在200～500℃的温度条件下烘干SiO2粉末或颗粒，烘干时间为0.5～2小时，烘干后的SiO2粉末或颗粒密封保存备用。
步骤2，在纯镁锭或商用镁合金锭上钻孔，孔的大小以能放入所需的SiO2粉末或颗粒为准；按照配比称量钻孔后的纯镁锭或商用镁合金锭的质量；根据合金中需要的Si含量，其中Si的质量按照Si∶SiO2为7∶15换算成SiO2粉末或颗粒所需要的质量，
其中Si的含量计算如下：
Si原子量28，O为16，因此SiO2分子量为28+16+16＝60，因此Si∶SiO2＝28∶60，即7∶15。也就是1份SiO2可以提供7/15份的Si量。
按照换算得出的质量称取经步骤1烘干的SiO2粉末或颗粒，并将其填充于纯镁锭或镁合金锭上的钻孔内。
步骤3，将该铸锭放置于熔化坩埚内进行加热熔化，利用镁与SiO2粉末或颗粒发生的剧烈放热反应迅速熔化纯镁锭或商用镁合金锭，并原位自生反应获得Mg2Si强化相。熔化过程中采用CO2与0.5％SF6的混合气体、Ar或工业商用覆盖溶剂保护的条件下进行，也可以在真空熔炼炉内充入氩气保护的条件下熔化。
步骤4，当镁或镁合金全部熔化后采用机械搅拌或在熔融镁合金中通入氩气进行充分搅拌5～20分钟，然后进行去渣浇铸，浇铸方法可以是压铸、挤压铸造、半固态成型、金属型铸造或砂铸。
浇铸前也可以加入其它合金元素或中间合金进行其它合金化处理及成分调整。
实施例1
AZ91-1.0％Si镁合金的制备：
步骤1，将粒径为200μm的SiO2粉末在200℃的温度条件下烘干，烘干时间为2小时，烘干后的SiO2粉末备用。
步骤2，将AZ91镁合金锭锯割成小块，尺寸以能放入坩埚为准，在锯割好的AZ91镁合金锭上钻孔，孔径的大小以能填充入所需的SiO2粉末为准；按照配比称量钻孔后的AZ91镁合金锭质量；根据合金中需要的Si含量，其中Si的质量按照Si∶SiO2为7∶15换算成SiO2粉末需要的质量，按照换算得出的质量称取经步骤1烘干的SiO2粉末，并填充于AZ91镁合金锭上的钻孔内。
步骤3，将该铸锭所钻孔朝上放置于坩埚内进行加热熔化，熔化过程中在Ar气保护条件下进行。
步骤4，当AZ91镁合金全部熔化后采用机械搅拌5分钟，静置5分钟后扒渣并进行压铸。
实施例2
Mg-Zn-Y-5％Si镁合金的制备：
步骤1，将粒径为100μm的SiO2粉末在500℃的温度条件下烘干，烘干时间为1小时，烘干后的SiO2备用。
步骤2，将纯镁锭锯割成小块，尺寸以能放入坩埚为准，在锯割好的纯镁锭上钻孔，孔径的大小以能填充入所需的SiO2粉末为准；按照配比称量钻孔后的纯镁锭的质量；根据合金中需要的Si含量，其中Si的质量按照Si∶SiO2为7∶15换算得出SiO2粉末所需要的质量，按照换算得出的质量称取经步骤1烘干的SiO2粉末，并填充于纯镁锭上的钻孔内。
步骤3，将该纯镁锭所钻孔朝上放置于熔化坩埚内进行加热熔化，熔化过程中在CO2与0.5％SF6的混合气体保护的条件下进行。
步骤4，当纯镁锭全部熔化后用钛合金管将氩气导入熔融镁合金液底部进行充分搅拌20分钟，在搅拌初期加入预先称量好的纯Zn和Mg-Y中间合金进行合金化，然后静置5分钟后扒渣并金属型铸造。
实施例3
Mg-(5-15％)Si的镁-硅中间合金的制备：
步骤1，将粒径小于1mm的SiO2颗粒在300℃的温度条件下烘干，烘干时间为0.5小时，烘干后的SiO2颗粒备用。
步骤2，将纯镁锭锯割成小块，尺寸以能放入坩埚为准，在锯割好的纯镁锭上钻孔，孔经的大小以能填充入所需的SiO2颗粒为准；按照配比称量钻孔后的纯镁锭的质量；根据合金中需要的Si含量，其中Si的质量按照Si∶SiO2为7∶15换算得出SiO2颗粒所需要的质量，按照换算得出的质量称取经步骤1烘干的SiO2颗粒，并将其填充于纯镁锭上的钻孔内。
步骤3，将该纯镁锭所钻孔朝上放置于熔化坩埚内进行加热熔化，熔化过程中在CO2与0.5％SF6的混合气体保护的条件下进行。
步骤4，当纯镁锭全部熔化后机械充分搅拌10分钟，然后扒渣并直接浇入石墨型凝固，获得Mg-(5-15％)Si中间合金。

Claims (4)

1.一种Mg2Si强化镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将SiO2粉末或颗粒在200～500℃的条件下烘干，烘干时间为0.5～2小时；
步骤2，在纯镁锭或商用镁合金锭上钻孔，孔径的大小以能填充入所需的SiO2粉末或颗粒为准，根据合金中需要的Si含量，其中Si的质量按照Si∶SiO2为7∶15换算得出SiO2粉末或颗粒所需要的质量，按照换算得出的质量称取步骤1烘干的SiO2粉末或颗粒，并将其填充于纯镁锭或商用镁合金锭上的钻孔内；
步骤3，将步骤2处理过的铸锭放置于坩埚内进行加热熔化，熔化过程中采用保护气体进行保护，或在工业商用覆盖溶剂保护条件下进行加热熔化，或采用在真空熔炼炉内充入氩气保护条件下进行加热熔化；
步骤4，当镁或镁合金全部熔化后，采用机械搅拌或在熔融镁合金中通入氩气进行充分搅拌，搅拌时间为5～20分钟，然后进行去渣浇铸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SiO2粉末的粒径为3-100μm，SiO2颗粒的粒径为0.5-1.5mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中采用的保护气体为Ar或CO2+0.5％SF6。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中的浇铸方法为压铸、挤压铸造、半固态成型、金属型铸造或砂铸。
CN2009102545774A 2009-12-28 2009-12-28 Mg2Si强化镁合金的制备方法 Active CN101781720B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009102545774A CN101781720B (zh) 2009-12-28 2009-12-28 Mg2Si强化镁合金的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009102545774A CN101781720B (zh) 2009-12-28 2009-12-28 Mg2Si强化镁合金的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101781720A CN101781720A (zh) 2010-07-21
CN101781720B true CN101781720B (zh) 2011-05-04

Family

ID=42521873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009102545774A Active CN101781720B (zh) 2009-12-28 2009-12-28 Mg2Si强化镁合金的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101781720B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102530957B (zh) * 2011-12-14 2013-07-10 太原理工大学 一种制备纳米Mg2-xSiREx热电材料的方法
CN102517489B (zh) * 2011-12-20 2013-06-19 内蒙古五二特种材料工程技术研究中心 一种利用回收的硅粉制备Mg2Si/Mg复合材料的方法
CN102888544B (zh) * 2012-09-11 2015-12-02 西安理工大学 一种Sn、Si复合强化的耐热镁合金及其制备方法
CN103193234B (zh) * 2013-04-12 2014-07-23 太原理工大学 一种利用多晶硅副产物制备镁硅基粉体热电材料的方法
CN103451464B (zh) * 2013-08-27 2015-11-25 朱育盼 一种Mg2Si增强的Mg合金复合材料
CN106112000A (zh) * 2016-08-29 2016-11-16 四川有色金源粉冶材料有限公司 一种3d打印金属粉末的制备方法
CN107815576B (zh) * 2017-10-26 2019-04-05 中南大学 一种含介孔二氧化硅的生物镁合金及其制备方法
CN107881369B (zh) * 2017-10-27 2020-06-30 大唐东北电力试验研究所有限公司 铝钙锑中间合金孕育剂及其制备方法
CN109022866A (zh) * 2018-08-31 2018-12-18 西京学院 一种高Si含量细晶AZ80镁合金的制备方法
CN110589831B (zh) * 2019-08-26 2021-10-15 浙江工业大学 一种低温制备硅/碳化硅材料的方法
CN111070814B (zh) * 2019-12-31 2022-01-14 北京工业大学 一种三明治结构金属材料及其制备方法
CN114540653B (zh) * 2022-02-24 2022-11-25 惠州云海镁业有限公司 一种高耐腐性镁合金加工工艺

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1215089A (zh) * 1997-10-22 1999-04-28 中国科学院金属研究院 一种原位自生镁二硅颗粒增强铝基复合材料
CN101514409A (zh) * 2009-03-31 2009-08-26 南昌大学 原位Mg2Si颗粒增强金属基复合材料的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1215089A (zh) * 1997-10-22 1999-04-28 中国科学院金属研究院 一种原位自生镁二硅颗粒增强铝基复合材料
CN101514409A (zh) * 2009-03-31 2009-08-26 南昌大学 原位Mg2Si颗粒增强金属基复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特開2007-51305A 2007.03.01
JP特開平5-148564A 1993.06.15
刘静等.二氧化硅原位反应在制备镁基复合材料中的应用.《物理测试》.2003,(第4期),11-12. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101781720A (zh) 2010-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101781720B (zh) Mg2Si强化镁合金的制备方法
Guo et al. Modification of Mg2Si morphology in Mg–Si alloys with Bi
CN103122431B (zh) 一种长周期结构相增强的镁锂合金的制备方法
CN100588733C (zh) 一种半固态成形用镁合金及其半固态坯料制备方法
CN102154580B (zh) 高强度耐热镁合金材料及其制备工艺
KR101264219B1 (ko) 마그네슘계 합금 및 그 제조방법
Qin et al. Microstructure evolution of in situ Mg2Si/Al–Si–Cu composite in semisolid remelting processing
CN106282620B (zh) 一种通过添加形核剂制备具有弥散型复合凝固组织Al-Bi合金的方法
CN101857934B (zh) 一种耐热镁合金及其制备方法
CN103993213A (zh) 一种双特殊结构相复合增强Mg-Zn-Y合金的制备方法
CN104928549A (zh) 一种高强度高弹性模量的铸造镁稀土合金及其制备方法
CN102888544B (zh) 一种Sn、Si复合强化的耐热镁合金及其制备方法
CN100469913C (zh) Ti-6Al-4V合金感应凝壳熔炼过程液态置氢细化凝固组织的方法
CN102534311A (zh) 一种Mg-Al系镁合金用铝钙碳晶粒细化剂及其制备方法和应用
CN102162054A (zh) 一种高强韧镁合金及其制备方法
CN102000808B (zh) 镁合金晶粒细化剂与晶粒细化型镁合金及其制备方法
CN104988371B (zh) 适于砂型铸造的稀土镁合金及其制备方法
CN101705405B (zh) 镁基球形准晶中间合金及其制备方法
CN108149082B (zh) 一种Al-Mo中间合金及其制备方法
CN103305737B (zh) 一种晶粒细化型铸造镁合金及其制备方法
CN100410407C (zh) Mg-Al-Si-Mn-Ca合金制备方法
CN110195182A (zh) 一种双尺寸复相颗粒增强镁基复合材料及其制备方法
CN101643861B (zh) Mg-Si二元合金制备方法
CN108517433A (zh) 一种Cu-Cr电触头合金的凝固制备方法
CN103484742A (zh) 高强度阻尼镁合金

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: NANTONG SUZHONG STEEL TUBE PARTS CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: XI AN UNIV. OF SCIENCE AND ENGINEERING

Effective date: 20130821

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 710048 XI AN, SHAANXI PROVINCE TO: 226600 NANTONG, JIANGSU PROVINCE

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130821

Address after: 226600 Jinfeng four group, Haian Development Zone, Haian County, Jiangsu, Nantong

Patentee after: Nantong Su steel pipe fittings Co., Ltd.

Address before: 710048 Shaanxi city of Xi'an Province Jinhua Road No. 5

Patentee before: Xi'an University of Technology