CN102268579A - 一种耐热Mg-Sr-Zn-Y合金的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐热Mg-Sr-Zn-Y合金的制备工艺，以工业纯镁锭、碳酸锶为原材料，加入微量的稀土Y和金属Zn，利用“熔-浸”热还原法制备出Mg-Sr-Zn-Y合金。本发明的有益效果是，利用廉价的金属Zn颗粒代替部分价格昂贵的稀土Y，从而实现了低成本、高耐热性能Mg-Sr-Zn-Y合金的研制。
Description
技术领域：
本发明具体涉及一种耐热Mg-Sr-Zn-Y合金的制备工艺。
背景技术：
镁合金是目前工业上可应用的最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度、比刚度高等优点，已经被应用于汽车工业。同时因其具有上述特点及阻尼减振降噪能力强、液态成型性能优越和易于回收利用等优点，被誉为21世纪“绿色结构材料”[1]。然而，与铝合金相比，镁合金在汽车结构件中的应用仍然有限，制约其应用的一个重要因素就是汽车零部件制造中常用商业镁合金(如AZ91D、AM50A、和AM60B等)的耐热性能差，在当零部件温度高于125℃时，镁合金的抗蠕变性能会急剧下降，难以满足汽车自动变速箱、汽缸体及汽缸头等工作温度较高(分别为175℃、200℃、300℃以上)的零部件使用效能要求[2，3]。
发明内容：
为了克服现有耐热镁合金耐热性价比较高的缺点，本专利提供了一种简单、廉价、易行且性能够满足要求的众多工况条件下镁合金使用的工艺方法。
以工业纯镁锭、碳酸锶等为原材料，加入微量的稀土Y和金属Zn，利用“熔-浸”热还原法熔炼出符合试验要求的耐热Mg-Sr-Zn-Y合金。“熔-浸热还原法”是指在标压下将SrO或SrCO3粉体与作为还原剂和浸取液的金属Mg熔体在高温下发生还原反应。在500℃～3000℃下进行SrCO3(s)＝SrO(s)+CO2(g)；Mg(1)+SrO(s)＝MgO(s)+[Sr]，反应生成的MgO(s)作为熔渣被捞出，而后按照一定比例在740～760℃下加入金属Mg-Y中间合金，当温度降到720-740℃时，加入金属锌粒，最终熔炼出符合试验要求的耐热Mg-Sr-Y合金。
在Mg-Sr系合金的基础上通过添加稀土Y和金属Zn形成镁钇及镁锌钇等第二相来改变镁合金组织结构进而改善其耐热性能。
近年来研究开发的镁合金中，Mg-RE系合金具有优良的耐热、耐蚀性及较高的力学性能等优势，迄今为止，Mg-RE系合金优异的耐高温性能在耐热镁合金中仍位居前列。
金属锶(Sr)是一种能有效提高镁合金高温性能合金元素。这是由于碱土元素Sr加入镁合金会在基体中形成熔点很高的中间相，在高温下这些相难以分解，能够有效地阻止晶界运动，使合金的高温力学性能特别是抗蠕变性能得到显著改善。
稀土钇(Y)具有很高的化学活性，是一种很好的表面活性剂，钇的加入可降低Mg的表面张力和界面张力，改善熔体的润湿性，同时对Mg液还可以起到净化和细化的作用。
金属锌(Zn)是镁合金中广泛应用的合金化元素，Zn在Mg中的固溶度较大，可以使合金产生固溶强化和时效强化。同时Zn能增加熔体的流动性，在含有稀土Y的镁合金中加入少量的Zn并不影响稀土在金属中的固溶度，恰当的比例能使合金中存在热稳定性很高的镁锌钇(Mg12YZn、Mg3YZn6)三元强化相。因此利用稀土Y作为添加剂在此基础上适当加入Zn有助于获得低成本、高性能相结合更加理想的耐热镁合金材料。
本发明的有益效果是，利用廉价的金属Zn颗粒代替部分价格昂贵的稀土Y，从而实现了低成本、高耐热性能Mg-Sr-Zn-Y合金的研制。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
具体实施方式：
结合附图对本发明的制备工艺做一下具体描述：
首先，利用烧结技术将购置的SrCO3粉体制备成SrO，工艺为1250℃保温3h。反应机理为：SrCO3(s)＝SrO(s)+CO2(g)，最终Sr的含量为5％(质量比，下同)。为防止熔体氧化燃烧，本实验中采用六氟化硫(SF6)气体保护。其次，打开井式炉炉电源，把坩埚放入熔炼炉加热，将预热好的镁块和氧化锶粉体放入坩锅中升温熔化，等镁锭开始熔化时开通保护气。而后，待镁块全部熔化后，进行搅拌，扒渣后静置以使熔体均匀化，而后升温到810℃精炼30min，降温到750℃，依次分别加入1％的稀土Y，当温度降到730℃加入1％金属Zn粒，保温静置30min。然后将合金液降温至720℃，扒渣后进行浇铸，浇铸时保持液流平稳，不可中断，浇口保持充满状态。浇注过程中，应不断的向熔体吹保护气体同时对模具进行预热，温度缓慢升高到200℃。最后，在气体的保护下浇铸金属型铸模，根据需要分别浇铸成直径为80mm和20mm的Mg-Sr-Zn-Y合金样品。
Claims (4)
1.一种耐热Mg-Sr-Zn-Y合金的制备工艺，其特征在于：以工业纯镁锭、碳酸锶为原材料，加入微量的稀土Y和金属Zn，利用“熔-浸”热还原法熔炼出符合试验要求的耐热Mg-Sr-Zn-Y合金。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：在Mg-Sr系合金的基础上通过添加稀土Y和金属Zn形成镁钇及镁锌钇等第二相。
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：
(1)利用烧结技术将SrCO3粉体制备成SrO，工艺为500℃～3000℃，保温1h-5h，使得最终Sr的质量百分比含量为3％～10％；
(2)将预热好的镁块和氧化锶粉体放入坩锅中升温熔化，待镁块全部熔化后，进行搅拌，扒渣后静置以使熔体均匀化；
(3)将步骤(2)中的熔体升温到500℃～2000℃精炼10min～60min，降温到740～800℃左右，加入质量百分比含量为0.1％～2％的稀土Y，当温度降到720-740℃加入0.1％～2％金属Zn粒，同时，搅拌金属熔体后扒渣，保温静置30min～60min；
(4)将合金液降温至700～720℃，扒渣后进行浇铸，浇铸时保持液流平稳，不可中断，浇口保持充满状态；
(5)浇注过程中的同时对模具进行预热，温度缓慢升高到180～250℃，模具预热好后，浇铸金属型铸模，根据需要浇铸成Mg-Sr-Zn-Y合金样品。
4.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：采用六氟化硫SF6气体作为保护气体，步骤(2)中镁块开始熔化时开通保护气体；在步骤(4)的浇注过程中，不断的向熔体吹保护气体；步骤(5)中，在保护气体的保护下浇铸金属型铸模。
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