CN102181762B - 一种镁-锶-稀土中间合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁-锶-稀土中间合金及其制备方法，属于金属材料类及冶金领域。本发明中间合金的组分及重量百分比为：镁60.0-90.0，锶5.0-20.0，稀土5.0-20.0，所述稀土为富铈混合稀土、富镧混合稀土、铈、钇、镧、镨、钐、铕、铽、钬、铒、铥、镝、钆中的一种或者几种。本发明的制备工艺为：在气体保护下，将纯镁锭熔化后，按一定比例将锶(或者镁锶中间合金)与稀土(或者镁稀土中间合金)加入熔体，经过搅拌保温熔体成分均匀后浇注成合金锭或者挤压成线材或者棒材。该中间合金具有细化与变质效果优异，有效期长，制备工艺简单、可靠以及成本较低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于细化含硅镁合金晶粒尺寸、初生相Mg2Si和/或共晶相Mg2Si的镁-锶-稀土中间合金及其制备方法，属于金属材料类及冶金领域。
背景技术
作为目前实际应用中最轻的金属结构材料，镁合金具有许多优良性能，如密度小、比强度和比刚度高以及良好的电磁屏蔽与减震性能，被人们誉为“21世纪最具发展潜力和前途的绿色工程材料”，面对全球性的能源危机和环境污染问题，镁合金在许多工业领域中呈现良好的发展前景。据预测，在汽车工业领域，镁的应用量将平均每年增长15％。
含硅镁合金是一种目前商业应用广泛的耐热镁合金，这是由于形成的Mg2Si强化相具有高溶点(1085℃)、与基相近的低密度(1.99g/cm-3)、高弹性模量及低热膨胀系数等特点。然而，含Mg2Si的合金只能用于冷却速度较快的压铸，而不能用砂铸或金属型铸造。原因是在较慢的冷却速度下Mg2Si强化相会形成粗大的汉字状形貌，从而恶化合金的能.如何细化合金的组织，尤其是细化Mg2Si相的尺寸与形貌，成为解决问题的关键。根据Al-Si合金的变质经验，通过加入变质剂可以达到细化组织的目的。然而目前对于含Si镁合金的有效的低成本变质剂较少。专利给出了200610042395.7和200610066926.X给出了含磷的硅基中间合金，可以细化Mg2Si相，但是其制备工艺复杂，且降低镁合金耐蚀性；专利200710193501.6制备了含锶与锑的中间合金，具有细化合金组织的效果，不过其中间合金中含有的锑属于重金属，具有一定的毒性且成本较高。因此，目前需要开发一种含硅镁合金的有效的低成本变质剂。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种低成本的、可以有效的细化含硅镁合金中Mg2Si相的镁-锶-稀土中间合金及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种镁-锶-稀土中间合金，其组分及重量百分比为：镁60.0-90.0，锶5.0-20.0，稀土5.0-20.0，所述稀土为富铈混合稀土、富镧混合稀土、铈、钇、镧、镨、钐、铕、铽、钬、铒、铥、镝、钆中的一种或者几种。
一种镁-锶-稀土中间合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)先将纯镁在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；
(2)将纯镁在气体保护下熔化，熔化后待熔体温度为700-720℃时，向熔体中加入锶与稀土，然后搅拌至合金元素完全溶入熔体，将熔体升温至730-750℃，在730-750℃保温20-30分钟后降温至700-730℃；
(3)在气体保护下进行浇注成锭或者挤压成棒材或者线材。
进一步地，所述气体为CO2与SF6混合气体，SF6体积分数为0.5％。
进一步地，锶的加入方式为以镁锶中间合金形式或者纯锶形式加入。
进一步地，稀土的加入方式为以镁稀土中间合金形式或者纯稀土形式加入。所述稀土为富铈混合稀土、富镧混合稀土、铈、钇、镧、镨、钐、铕、铽、钬、铒、铥、镝、钆中的一种或者几种，
本发明的优点及有益效果如下：
本发明提供一种制备工艺简单、可靠、无污染，使用方便，无有毒元素且低成本、易于推广使用的可以应用于含硅镁合金中Mg2Si相细化与变质的镁-锶-稀土中间合金及其制备方法。
(1)该发明所制备的中间合金在使用过程中锶与稀土复合变质，细化变质效果优异；
(2)该发明所制备的中间合金含有的稀土元素，具有阻燃效果，可以明显提高合金熔体的燃点与抗氧化性。
(3)该发明所制备的中间合金使用量少，在锶与稀土共同加入量大于0.1％的情况下，就可使初生Mg2Si相由未变质前的55μm细化为变质后13μm，同时使合金共晶组织中Mg2Si相由粗大的汉字状变为小块状或者点状。
(4)该发明所制备的中间合金同时具有明显的晶粒细化作用。
(5)该发明所制备的中间合金变质效果稳定，具有长效性。
附图说明
图1(a)是AS31合金经本专利变质剂变质前铸态宏观晶粒；
图1(b)是AS31合金经本专利变质剂变质后铸态宏观晶粒；
图2(a)是AS31合金经本专利变质剂变质前铸态组织中共晶Mg2Si形貌；
图2(b)是AS31合金经本专利变质剂变质后铸态组织中共晶Mg2Si形貌；
图3(a)是Mg-4Si合金经本专利变质剂变质前铸态组织中Mg2Si形貌；
图3(b)是Mg-4Si合金经本专利变质剂变质后铸态组织中Mg2Si形貌。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图中使用的变质剂为实例2所制备，进行测量，结果如下：
图1(a)为添加1％(重量百分比)本发明专利所述变质剂Mg-10Sr-10RE(富铈混合稀土)前的AS31合金宏观组织，图1(b)为添加1％(重量百分比)本发明专利所述变质剂Mg-10Sr-10RE(富铈混合稀土)后的AS31合金宏观组织，变质剂具有显著的晶粒细化作用，平均晶粒尺寸由1116μm细化为201μm；
图2(a)为添加1％(重量百分比)本发明专利所述变质剂Mg-10Sr-10RE(富铈混合稀土)前的AS31合金合金中共晶Mg2Si相形貌，图2(b)为添加1％(重量百分比)本发明专利所述变质剂Mg-10Sr-10RE(富铈混合稀土)后的AS31合金合金中共晶Mg2Si相形貌，变质剂对Mg2Si相具有明显的变质与细化作用，合金共晶组织中Mg2Si相形貌发生显著改变，由变之前的发达汉字状变为小块状或者点状；
图3(a)为Mg-4Si过共晶合金经0.8％(重量百分比)本发明专利所述变质剂Mg-10Sr-10RE(富铈混合稀土)前初生相与共晶相Mg2Si形貌，图3(b)为Mg-4Si过共晶合金经0.8％(重量百分比)本发明专利所述变质剂Mg-10Sr-10RE(富铈混合稀土)后初生相与共晶相Mg2Si形貌，变质处理使初生Mg2Si相由未变质前的55μm细化为变质后13μm，同时使合金共晶组织中Mg2Si相由粗大的汉字状变为小块状或者点状。
实施例1：
(1)首先按重量百分比称取原材料为：纯镁70％，纯锶20％，富铈混合稀土10％；
(2)将纯镁在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；然后，将纯镁在CO2与SF6混合气体(SF6体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入纯锶和富铈混合稀土，所述纯锶的加入方法是：将工业纯锶从防氧化环境中取出，干燥并经铝箔包裹后，用钟罩迅速压入熔体液面以下5分钟。然后，搅拌至合金元素完全溶入熔体；
(3)将熔体升温至750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣后浇铸成锭，制得Mg-20Sr-10RE中间合金。
实施例2：
(1)首先按重量百分比称取原材料为：纯镁40％，镁锶中间合金(锶的重量百分比为20％)50％，富铈混合稀土10％；
(2)将纯镁在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；然后，将纯镁在CO2与SF6混合气体(SF6体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入镁锶中间合金和富铈混合稀土，然后，搅拌至合金元素完全溶入熔体；
(3)将熔体升温至750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣后浇铸成锭，然后挤压成线材，制得Mg-10Sr-10RE中间合金。
实施例3：
(1)首先按重量百分比称取原材料为：纯镁20％，镁锶中间合金(锶的重量百分比为20％)40％，镁铈中间合金(铈的重量百分比为25％)20％；镁钕中间合金(钕的重量百分比为25％)20％。
(2)将纯镁在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；然后，将纯镁在CO2与SF6混合气体(SF6体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入镁锶中间合金和镁铈中间合金，然后，搅拌至合金元素完全溶入熔体；
(3)将熔体升温至750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣后浇铸成锭，制得Mg-8Sr-5Ce-5Nd中间合金。
实施例4：
(1)首先按重量百分比称取原材料为：纯镁60％，纯锶10％，富镧混合稀土10％，镁铈中间合金(铈的重量百分比为25％)20％；
(2)将纯镁在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；然后，将纯镁在CO2与SF6混合气体(SF6体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入纯锶和富镧混合稀土，搅拌至合金元素完全溶入熔体，所述纯锶与富镧混合稀土的加入方法是：将工业纯锶从防氧化环境中取出，干燥并经铝箔包裹后，用钟罩迅速压入熔体液面以下5分钟。然后，搅拌至合金元素完全溶入熔体；
(3)将熔体升温至750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣后浇铸成锭，然后挤压成棒材，制得Mg-10Sr-10RE-5Ce中间合金。
实施例5：
(1)首先按重量百分比称取原材料为：纯镁50％，纯锶10％，镁钇中间合金(钇的重量百分比为25％)20％，镁钆中间合金(钆的重量百分比为25％)20％；
(2)将纯镁在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；然后，将纯镁在CO2与SF6混合气体(SF6体积分数为0.5％)保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入纯锶和富镧混合稀土，搅拌至合金元素完全溶入熔体，所述纯锶与富镧混合稀土的加入方法是：将工业纯锶从防氧化环境中取出，干燥并经铝箔包裹后，用钟罩迅速压入熔体液面以下5分钟。然后，搅拌至合金元素完全溶入熔体；
(3)将熔体升温至750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣后浇铸成锭，然后挤压成棒材，制得Mg-10Sr-5Y-5Gd中间合金。
Claims (2)
1.一种镁-锶-稀土中间合金，其特征在于，其组分及重量百分比为：镁80%，锶10%，富铈混合稀土10%，其通过以下步骤制备：
(1)首先按重量百分比称取原材料为：纯镁40%，镁锶中间合金50%，镁锶中间合金中锶的重量百分比为20%，富铈混合稀土10%；
(2)将纯镁在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；然后，将纯镁在CO2与SF6混合气体保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入镁锶中间合金和富铈混合稀土，然后，搅拌至合金元素完全熔入熔体；其中，混合气体中SF6体积分数为0.5%；
(3)将熔体升温至750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣后浇铸成锭，然后挤压成线材，制得Mg-10Sr-10RE中间合金。
2.根据权利要求1所述的一种镁-锶-稀土中间合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先按重量百分比称取原材料为：纯镁40%，镁锶中间合金50%，镁锶中间合金中锶的重量百分比为20%，富铈混合稀土10%；
(2)将纯镁在150-200℃预热20-30分钟，并烘干；然后，将纯镁在CO2与SF6混合气体保护下放入电阻炉中熔化，熔化后待熔体温度为700℃时，向熔体中加入镁锶中间合金和富铈混合稀土，然后，搅拌至合金元素完全熔入熔体；其中，混合气体中SF6体积分数为0.5%；
(3)将熔体升温至750℃保温30分钟后降温至730℃，撇去浮渣后浇铸成锭，然后挤压成线材，制得Mg-10Sr-10RE中间合金。
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