CN103184358A - 一种镁铝金属间化合物的增强增韧方法 - Google Patents

一种镁铝金属间化合物的增强增韧方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镁铝金属间化合物的增强增韧方法，是针对镁铝金属间化合物强度低、脆性大的情况，采用在镁铝金属间化合物熔炼过程中，掺杂稀土元素钇，经加热熔炼、浇注成锭、中温回火、切割成型，制成增强增韧型镁铝金属间化合物，增强了强度和韧性，减少了脆性，硬度达220HV，压缩强度提高了5.4倍，压缩应变率提高了2.4倍，扩大了镁铝金属间化合物的应用范围，是十分理想的镁铝金属间化合物的增强增韧制备方法。

Description

一种镁铝金属间化合物的增强增韧方法
技术领域
本发明涉及一种镁铝金属间化合物的增强增韧方法，属有色金属增强增韧制备及应用的技术领域。
背景技术
镁铝金属间化合物MgAl是一种有色金属合金，具有密度小、硬度高、耐腐蚀性好的特点，具有很好的应用价值，常在航空、航天、机械、电子领域得到应用；但是镁铝金属间化合物脆性大，不易加工成型，使在工业上应用受到了很大的局限，为了使镁铝金属间化合物得到广泛应用，故必须改善其力学性能、增加强度和韧性。
镁铝金属间化合物的增强增韧方法有多种形式，例如物理法对镁铝金属间化合物进行压制，改变金相组织结构，增强韧性和强度；例如掺杂金属合金法，在金属间化合物内掺杂合金元素，增强本身的强度和韧性，但是这些方法均存在一些弊端和不足，达不到预期效果。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的不足，采用在镁铝金属间化合物熔炼过程中掺杂稀土元素钇，以提高镁铝金属间化合物的强度和韧性。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为：镁块、铝块、钇块、丙酮、去离子水、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位
镁块：Mg   8 mm×5 mm×8mm        218.5g±0.01g
铝块：Al    8 mm×5 mm×8mm        173.5g±0.01g
钇块：Y    8 mm×5 mm×8mm            8g±0.01g
丙酮：CH3COCH3                 2000ml±100ml
去离子水：H2O                  20000ml±100ml
氩气：Ar                      500000cm3±50 cm3
增强增韧制备方法如下：
（1） 精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：
镁块：固态块体                  99.9%
铝块：固态块体                  99.9%
钇块：固态块体                  99.9%
丙酮：液态液体                  99.0%
去离子水：液态液体              99.9%
氩气：气态气体                  99.5%
（2） 制备开合式模具
制备使用的开合式模具呈矩形，用不锈钢材料制作，内部型腔为山字型；
（3） 镁铝金属间化合物的增强增韧熔炼铸造
镁铝金属间化合物的增强增韧熔炼铸造是在真空电阻熔炼炉内进行的，是在加热熔炼、氩气保护、外水循环冷却、掺杂钇的过程中完成的；
①、清理真空熔炼炉
打开熔炼炉，用吸尘器抽吸炉腔内灰尘及有害物质，使炉腔内洁净；
用丙酮清洗炉盖、炉体边缘、加料口、观察窗及密封处，使其洁净；
②预热开合式模具
将开合式模具置于加热炉内预热，预热温度300℃，预热时间60min；
预热后装入熔炼炉底部；
③装料，称取镁块218.5g±0.01g，铝块173.5g±0.01g，装入加料器内；
④抽取炉内空气
关闭熔炼炉，开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达10-3Pa；
⑤输入氩气
开启氩气管、氩气阀，向炉腔内输入氩气，氩气输入速度100cm3/min，使炉内压强达150Pa；
⑥开启外水循环冷却装置，进行炉体冷却；
⑦开启加料器，向炉腔内的坩埚内加入镁块、铝块；
⑧开启电阻加热器，加热坩埚及镁块、铝块，加热温度720℃±5℃，镁块、铝块熔化，成混合熔液；混合熔液恒温保温20min；
开启氩气底吹管，气体搅拌镁块、铝块混合熔液；
⑨掺杂钇块
将钇块8g±0.01g加入加料器内，然后加入熔炼坩埚内，继续加热至780℃±5℃；恒温保温30min；
继续进行氩气底吹，搅拌坩埚内熔液，使镁、铝、钇进行合金化反应，成合金化熔液；
合金化反应式如下： 
Figure 771908DEST_PATH_IMAGE002
式中：
MgAl：镁铝金属间化合物
AlY：铝钇化合物
⑩浇注成型
镁铝钇合金化熔液恒温静置30min，然后降低加热温度至720℃±5℃；停止氩气底吹搅拌；
操纵倾斜熔炼坩埚，对准模具浇注口进行浇注，浇满为止；
（4） 冷却
浇注完成后，关闭熔炼炉电阻加热器，停止输入氩气，在外水循环冷却下，使熔炼炉温度降至100℃；
（5） 开炉取出铸件
关闭外水循环冷却管，打开熔炼炉，取出开合式模具；
（6） 脱模
打开模具开合架，取出镁铝钇铸锭，在空气中冷却至25℃；
（7） 中温回火
将铸锭置于中温回火炉中回火，回火温度100℃±5℃，回火时间120min；
（8） 切割成型
将铸件用机械切割成矩形块状，即：增强增韧型镁铝金属间化合物合金锭；
（9） 检测、分析、表征
对制备的增强增韧型镁铝金属间化合物合金进行检测、分析、表征；
用金相显微镜和扫描电子显微镜进行显微组织分析；
用拉伸试验机进行力学性能分析；
用显微维氏硬度计进行硬度分析；
结论：镁铝金属间化合物合金呈银灰色块状，硬度达220HV，压缩应变率提高了2.4倍，压缩极限强度提高了5.4倍。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对镁铝金属间化合物强度低，脆性大的情况，采用在镁铝金属间化合物熔炼过程中掺杂钇，经加热熔炼、浇注成锭、中温回火、切割成型，制成增强增韧型镁铝金属间化合物，增加了强度和韧性，减少了脆性，硬度达220HV，压缩极限强度提高了5.4倍，压缩应变率提高了2.4倍，扩大了镁铝金属间化合物的应用范围，是十分理想的镁铝金属间化合物的增强增韧制备方法。
附图说明
图1为镁铝钇熔炼及浇注状态图
图2为镁铝钇熔炼温度、浇注温度与时间坐标关系图
图3为镁铝金属间化合物合金锭横切面金相组织图
图中所示，附图标记清单如下：
1、氩气阀，2、氩气管，3、氩气进气口，4、温度传感器，5、加料器，6、观察窗，7、炉盖，8、氩气出气口，9、氩气，10、真空抽气口，11、电阻加热器，12、熔炼坩埚，13、镁铝钇熔液，14、模具浇注口，15、开合式模具，16、铸锭，17、支架，18、炉座，19、氩气底吹进口，20、工艺安装口，21、浇注操纵杆，22、外水循环冷却管，23、氩气底吹阀，24、氩气底吹管，25、氩气底吹口，26、氩气瓶，27、熔炼炉，28、熔炼坩埚，29、炉腔， 30、显示屏，31、指示灯，32、加热温度调控器，33、抽真空调控器， 34、外水循环调控器，35、电控柜，36、导线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明：
图1所示，为镁铝钇熔炼及浇注状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配比，按序操作。
制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升、厘米3为计量单位。
镁铝钇的熔炼及浇注是在真空熔炼炉内进行的，是在加热、熔炼、氩气保护、外水循环冷却、掺杂钇的过程中完成的；
真空熔炼炉27为立式，真空熔炼炉27下部为支架17、底座18、上部为炉盖7、在炉盖7上设置温度传感器4、加料器5、观察窗6、氩气进气口3、氩气出气口8；熔炼炉27内部为炉腔29，在炉腔29内中部为熔炼坩埚28，熔炼坩埚28的外壁上为电阻加热器11、内部为镁铝钇熔液13，熔炼坩埚28左上侧设有浇注操纵杆21、下部设有氩气底吹口25，开合式模具15上部为浇注口14、内部为铸锭16，炉腔29内由氩气9充填；在熔炼炉27的外部由外水循环冷却管22环绕；熔炼炉27的左部设有氩气瓶26，氩气瓶26上部设有氩气阀1、氩气管2，并联通氩气进气口3，氩气瓶26下部设有氩气底吹阀23，并联通氩气底吹管24、氩气底吹进口19、氩气底吹口25、熔炼坩埚28；在熔炼炉27的右部设有电控柜35，在电控柜35上设有显示屏30、指示灯31、加热温度调控器32、抽真空调控器33、外水循环调控器34；电控柜35通过导线36与熔炼炉27联通。
图2所示，为镁铝钇熔炼、浇注温度与时间坐标关系图，图中所示，镁铝加热温度由20℃开始加热，即A点，加热至720℃，即B点，在此温度恒温保温20min，即B-C区段，然后继续加热升温至780℃，即D点，在此温度添加钇，并恒温30min，即D-E区段，然后降温至720℃,即F点，在此温度下进行浇注，浇注后停止加热，使其随炉自然冷却至100℃，即G点，打开熔炼炉，取出开合式模具，开模取出铸锭，然后在空气中冷却至25℃。
图3所示，为镁铝金属间化合物合金锭横切面金相组织图，镁铝钇金相组织致密性好，无杂质，呈细化晶体状。

Claims (3)

1. 一种镁铝金属间化合物的增强增韧方法，其特征在于： 
使用的化学物质材料为：镁、铝、钇、丙酮、去离子水、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位
镁块：Mg  8 mm×5 mm×8mm        218.5g±0.01g
铝块：Al   8 mm×5 mm×8mm        173.5g±0.01g
钇块：Y    8 mm×5 mm×8mm           8g±0.01g
丙酮：CH3COCH3                 2000ml±100ml
去离子水：H2O                  20000ml±100ml
氩气：Ar                      500000cm3±50 cm3
增强增韧制备方法如下：
精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：
镁块：固态块体                    99.9%
铝块：固态块体                    99.9%
钇块：固态块体                    99.9%
丙酮：液态液体                  99.0%
去离子水：液态液体              99.9%
氩气：气态气体                  99.5%
制备开合式模具
制备使用的开合式模具呈矩形，用不锈钢材料制作，内部型腔为山字型；
镁铝金属间化合物的增强增韧熔炼铸造
镁铝金属间化合物的增强增韧熔炼铸造是在真空电阻熔炼炉内进行的，是在加热熔炼、氩气保护、外水循环冷却、掺杂钇的过程中完成的；
①、清理真空熔炼炉
打开熔炼炉，用吸尘器抽吸炉腔内灰尘及有害物质，使炉腔内洁净；
用丙酮清洗炉盖、炉体边缘、加料口、观察窗及密封处，使其洁净；
②预热开合式模具
将开合式模具置于加热炉内预热，预热温度300℃，预热时间60min；
预热后装入熔炼炉底部；
③装料，称取镁块218.5g±0.01g，铝块173.5g±0.01g，装入加料器内；
④抽取炉内空气
关闭熔炼炉，开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达10-3Pa；
⑤输入氩气
开启氩气管、氩气阀，向炉腔内输入氩气，氩气输入速度100cm3/min，使炉内压强达150Pa；
⑥开启外水循环冷却装置，进行炉体冷却；
⑦开启加料器，向炉腔内的坩埚内加入镁块、铝块；
⑧开启电阻加热器，加热坩埚及镁块、铝块，加热温度720℃±5℃，镁块、铝块熔化，成混合熔液；混合熔液恒温保温20min；
开启氩气底吹管，气体搅拌镁块、铝块混合熔液；
⑨掺杂钇
将钇块8g±0.01g加入加料器内，然后加入熔炼坩埚内，继续加热至780℃±5℃；恒温保温30min；
继续进行氩气底吹，搅拌坩埚内熔液，使镁、铝、钇进行合金化反应，成合金化熔液；
合金化反应式如下： 
Figure 2013101141746100001DEST_PATH_IMAGE002
式中：
MgAl：镁铝金属间化合物
AlY：铝钇化合物
⑩浇注成型
镁铝钇合金化熔液恒温静置30min，然后降低加热温度至720℃±5℃；停止氩气底吹搅拌；
操纵倾斜熔炼坩埚，对准模具浇注口进行浇注，浇满为止；
冷却
浇注完成后，关闭熔炼炉电阻加热器，停止输入氩气，在外水循环冷却下，使熔炼炉温度降至100℃；
开炉取出铸件
关闭外水循环冷却管，打开熔炼炉，取出开合式模具；
脱模
打开模具开合架，取出镁铝钇铸锭，在空气中冷却至25℃；
中温回火
将铸锭置于中温回火炉中回火，回火温度100℃±5℃，回火时间120min；
切割成型
将铸件用机械切割成矩形块状，即：增强增韧型镁铝金属间化合物合金锭；
检测、分析、表征
对制备的增强增韧型镁铝金属间化合物合金进行检测、分析、表征；
用金相显微镜和扫描电子显微镜进行显微组织分析；
用拉伸试验机进行力学性能分析；
用显微维氏硬度计进行硬度分析；
结论：镁铝金属间化合物合金呈银灰色块状，硬度达220HV，压缩应变率提高了2.4倍，压缩极限强度提高了5.4倍。
2. 根据权利要求1所述的一种镁铝金属间化合物的增强增韧方法，其特征在于：镁铝钇的熔炼及浇注是在真空熔炼炉内进行的，是在加热熔炼、氩气保护、外水循环冷却、掺杂钇的过程中完成的；
真空熔炼炉（27）为立式，真空熔炼炉（27）下部为支架（17）、底座（18）、上部为炉盖（7）、在炉盖（7）上设置温度传感器（4）、加料器（5）、观察窗（6）、氩气进气口（3）、氩气出气口（8）；熔炼炉（27）内部为炉腔（29）、在炉腔（29）内中部为熔炼坩埚（28），熔炼坩埚（28）的外壁上为电阻加热器（11）、内部为镁铝钇熔液（13），熔炼坩埚（28）左上侧设有浇注操纵杆（21）、下部设有氩气底吹口（25），开合式模具（15）上部为浇注口（14）、内部为铸锭（16），炉腔（29）内由氩气（9）充填；在熔炼炉（27）的外部由外水循环冷却管（22）环绕；熔炼炉（27）的左部设有氩气瓶（26），氩气瓶（26）上部设有氩气阀（1）、氩气管（2），并联通氩气进口（3），氩气瓶（26）下部设有氩气底吹阀（23），并联通氩气底吹管（24）、氩气底吹进口（19）、氩气底吹口（25）、熔炼坩埚（28）；在熔炼炉（27）的右部设有电控柜（35），在电控柜（35）上设有显示屏（30）、指示灯（31）、加热温度调控器（32）、抽真空调控器（33）、外水循环调控器（34）；电控柜（35）通过导线（36与熔炼炉（27）联通。
3.根据权利要求1所述的一种镁铝金属间化合物的增强增韧方法，其特征在于：镁铝钇熔炼、浇注温度与时间坐标关系为：镁铝加热温度由20℃开始加热，即A点，加热至720℃，即B点，在此温度恒温保温20min，即B-C区段，然后继续加热升温至780℃，即D点，在此温度添加钇，并恒温30min，即D-E区段，然后降温至720℃,即F点，在此温度下进行浇注，浇注后停止加热，使其随炉自然冷却至100℃，即G点，打开熔炼炉，取出开合式模具，开模取出铸锭，然后在空气中冷却至25℃。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103540785A (zh) * 2013-11-04 2014-01-29 太原理工大学 一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法
CN105950927A (zh) * 2016-06-13 2016-09-21 太原理工大学 一种增强增韧型镁锂合金的制备方法
CN109468512A (zh) * 2018-12-06 2019-03-15 太原理工大学 一种表面多孔镁合金的制备方法
CN113149653A (zh) * 2021-04-08 2021-07-23 中国科学院金属研究所 一种max相陶瓷-镁或镁合金复合材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1974807A (zh) * 2006-11-16 2007-06-06 太原理工大学 一种高性能镁合金的制备方法
CN102400135A (zh) * 2011-11-05 2012-04-04 太原理工大学 一种镁铝合金板的涂层热压增强方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1974807A (zh) * 2006-11-16 2007-06-06 太原理工大学 一种高性能镁合金的制备方法
CN102400135A (zh) * 2011-11-05 2012-04-04 太原理工大学 一种镁铝合金板的涂层热压增强方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘刚强 等: "稀土元素钇对ZM5合金组织的影响", 《铸造技术》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103540785A (zh) * 2013-11-04 2014-01-29 太原理工大学 一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法
CN103540785B (zh) * 2013-11-04 2015-12-09 太原理工大学 一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法
CN105950927A (zh) * 2016-06-13 2016-09-21 太原理工大学 一种增强增韧型镁锂合金的制备方法
CN105950927B (zh) * 2016-06-13 2018-04-10 太原理工大学 一种增强增韧型镁锂合金的制备方法
CN109468512A (zh) * 2018-12-06 2019-03-15 太原理工大学 一种表面多孔镁合金的制备方法
CN113149653A (zh) * 2021-04-08 2021-07-23 中国科学院金属研究所 一种max相陶瓷-镁或镁合金复合材料及其制备方法

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