CN103436757B - 镁－磷中间合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料应用领域，特别涉及一种用于细化变质含Si镁合金系合金中初生Mg2Si的Mg－P中间合金及其制备方法。本发明镁－磷中间合金包含镁、磷两种元素，其特征是各元素的质量百分比：镁70%~95%，磷30%~5%，杂质含量＜0.5%。镁－磷中间合金的制备方法是：将镁粉与赤磷粉采用湿法混料法混合均匀后，在室温（25℃）下压制成块，将压块体置于采用高纯惰性气体多次洗后的高真空加热设备中，升温至500℃~610℃，保温60min~120min后停止加热，随炉冷却或空冷后即得到块状镁－磷中间合金。在该中间合金中，磷元素以Mg3P2的形式存在，该镁-磷中间合金对含Si镁合金具有较好的细化及变质作用，且能显著提高合金的性能。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，特别涉及一种用于细化变质含Si镁合金中Mg2Si的镁－磷中间合金及其制备方法。
背景技术
镁及其合金是目前广泛应用的最轻的金属材料。镁合金因其具有强度高、阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳、机械加工性能优越、易于回收等特点在航空航天、机械电子、汽车、电子通讯等领域具有广泛的应用前景，镁合金由于具有上述特点的优越性，因此也被誉为“21世纪的绿色工程材料”。
在镁合金中加入适量的Si元素后可以弥散析出具有高熔点高硬度和低的热扩散系数等特性的金属间化合物Mg2Si，相同时在基体中形成硬的硅质点，是镁合金理想的高温增强相，能显著提高高温抗蠕变性能。但所生成的Mg2Si常呈粗大的汉字状和树枝状，容易成为裂纹源，恶化合金性能；因此细化Mg2Si相是改善含Si镁合金室温和高温抗拉强度、屈服强度和抗蠕变性能的关键。
在工业生产中一般用加入磷元素的办法来细化初晶硅（也称为变质处理），磷主要以赤磷、磷－铜等中间合金的形式加入，但这些方法都存在着许多缺点：赤磷由于其燃点过低(240℃)，如采用直接加入法加入，在变质处理时反应剧烈，放出大量的有毒气体P2O5，对环境及实验操作者均易造成严重的伤害，因此采用直接加入法难以把磷引入熔体内；磷－铜中间合金由于密度大、熔点高，在静置炉内熔炼时加入到合金熔体中易沉淀、难以熔化等缺点，变质效果不稳定，而且增加了合金中的铜含量，合金由于铜含量的增加，降低了合金的耐蚀性。专利申请号为201110264218.4的专利报道了一种铝－镁－磷中间合金及其制备方法，该种制备方法较好的解决了上述问题但其磷含量较低为1%~6%，且含有铝元素，不适合用于不含铝的镁合金；专利申请号为201110355477.8的专利报道了铝－磷中间合金及其制备方法，但其所用磷粉为黑磷粉，由于黑磷粉的制备工艺复杂，是将白磷在高压或者常压下采用汞做催化剂，以少量黑磷作为晶种的情况下，在493~643开尔文下加热八天才能得到，这急剧的增加了制备中间合金所需的成本，且汞对人体具有相当大的危害，因此，目前急需开发出一种高效、环保的适用于含Si镁合金的有效变质剂。
发明内容
解决的技术问题：本发明提供一种镁－磷中间合金及其制备方法，其目的是解决以往的含磷中间合金所存在的不足，本发明提供的是一种对含硅镁合金中Mg2Si起高效变质作用，适用于细化变质含Si镁合金中Mg2Si的镁－磷中间合金及其制备方法。
实现上述目的的技术方案是：
镁－磷中间合金，包括镁、磷两种元素，其特征是各组分的化学成分质量百分比为：镁70%~95%，磷30%~5%，杂质含量＜0.5%。
根据上述的镁－磷中间合金的制备方法，其特征包括以下几个步骤：
(1)按照以下质量百分比准备好制备镁－磷中间合金的原材料：70%~95%的镁粉，30%~5%的赤磷粉；
(2)采用湿法混料，将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于经惰性气体多次洗气后的高真空加热设备中，将炉温升温至500℃~610℃，保温60min~120min后，随炉冷却或空冷即得到镁－磷中间合金。
步骤(1)中所用原材料的镁粉的粒度为100~500目，赤磷粉的粒度为200~700目。
步骤(3)挤压力为65kN~75kN。
根据权利要求书2所述镁－磷中间合金的制备方法，其特征是：步骤(4)高真空度为5×10-3Pa及以下，洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
优点效果：
本发明采用此种方法制备的镁－磷中间合金与目前已有的制备技术相比较，该中间合金只含有镁、磷两种元素，且含磷量较高，磷元素于Mg3P2的形式存在于合金中。当中间合金加入到金属熔体中时，合金中存在的富磷颗粒会首先分散溶解并根据周围合金环境与熔体发生化学反应，原位生成细小的有效的形核粒子，为Mg2Si相提供异质形核衬底，从而达到变质细化的效果。
采用此工艺制备镁－磷中间合金，该工艺过程绿色无污染，中间合金具有加入量少，变质细化效果稳定长效，可显著改善合金的性能，是一种高效环保型中间合金，具有重要的推广应用价值。
具体实施方式：
下面给出本发明的几个实施例
实施例一
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：95%的100目的镁粉，5%的700目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用65kN的挤压力将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于真空度为5×10-3Pa的高真空加热设备中升温至500℃保温120min后，随炉冷却即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁－磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁94.6~94.8，磷4.6~4.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
实施例二
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：95%的100目的镁粉，5%的700目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水酒精后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用68kN的挤压力将粉料挤压制成块后烘干；
(4)将压块置于真空度为4×10-3Pa的高真空加热设备中升温至510℃保温115min后，空冷即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁－磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁94.6~94.8，磷4.6~4.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
实施例三
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：90%的200目的镁粉，10%的600目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用70kN的挤压力将粉料挤压制成块后烘干；
(4)将压块置于真空度为3×10-3Pa的高真空加热设备中升温至520℃保温110min后，随空冷即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁－磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁89.6~89.8，磷9.7~9.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
实施例四
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：90%的200目的镁粉，10%的600目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用75kN的挤压力将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于真空度为5×10-3Pa的高真空加热设备中升温至530℃保温105min后，空冷即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁－磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁89.6~89.8，磷9.7~9.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
实施例五
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：85%的300目的镁粉，15%的500目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用71kN的挤压力将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于真空度为4×10-3Pa的高真空加热设备中升温至540℃保温100min后，随炉冷却即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁－磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁84.6~84.8，磷14.6~14.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
实施例六
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：85%的300目的镁粉，15%的500目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用70kN的挤压力将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于真空度为3×10-3Pa的高真空加热设备中升温至550℃保温95min后，空冷即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁－磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁84.6~84.8，磷14.6~14.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
实施例七
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：80%的400目的镁粉，20%的400目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用69kN的挤压力将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于真空度为5×10-3Pa的高真空加热设备中升温至560℃保温90min后，随炉冷却即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁—磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁79.7~79.8，磷19.6~19.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
实施例八
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：80%的400目的镁粉，20%的400目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用70kN的挤压力将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于真空度为4×10-3Pa的高真空加热设备中升温至570℃保温85min后，空冷即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁－磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁79.7~79.8，磷19.6~19.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
实施例九
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：75%的500目的镁粉，25%的300目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用73kN的挤压力将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于真空度为3×10-3Pa的高真空加热设备中升温至580℃保温80min后，随炉冷却即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁－磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁74.7~74.8，磷24.6~24.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
实施例十
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：75%的500目的镁粉，25%的300目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用65kN的挤压力将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于真空度为5×10-3Pa的高真空加热设备中升温至590℃保温75min后，空冷即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁－磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁74.6~74.8，磷24.6~24.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
实施例十一
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：70%的300目的镁粉，30%的200目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用75kN的挤压力将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于真空度为4×10-3Pa的高真空加热设备中升温至600℃保温70min后，随炉冷却即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁－磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁69.6~69.8，磷29.6~29.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
实施例十二
(1)按以下质量百分比准备好制取镁－磷中间合金所需的原料：70%的300目的镁粉，30%的500目的赤磷粉；
(2)将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温（25℃）下，采用75kN的挤压力将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于真空度为3×10-3Pa的高真空加热设备中升温至610℃保温60min后，空冷即得到镁－磷中间合金；
按上述配比和工艺得到的镁－磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：镁69.7~69.8，磷29.6~29.8，其余为杂质。
洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
Claims (4)
1.镁－磷中间合金的制备方法，包括镁、磷两种元素，其特征是各组分的化学成分质量百分比为：镁70%~95%，磷30%~5%，杂质含量＜0.5%；
具体制备步骤如下：
(1)按照以下质量百分比准备好制备镁－磷中间合金的原材料：70%~95%的镁粉，30%~5%的赤磷粉；
(2)采用湿法混料，将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3)将混合均匀的粉料放入模具中，在室温25℃下将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于经惰性气体多次洗气后的高真空加热设备中，将炉温升温至500℃~610℃，保温60min~120min后，随炉冷却或空冷即得到镁－磷中间合金。
2.根据权利要求1所述镁－磷中间合金的制备方法，其特征是：步骤(1)中所用原材料的镁粉的粒度为100~500目，赤磷粉的粒度为200~700目。
3.根据权利要求1所述镁－磷中间合金的制备方法，其特征是：步骤(3)挤压力为65kN~75kN。
4.根据权利要求1所述镁－磷中间合金的制备方法，其特征是：步骤(4)高真空度为5×10-3Pa及以下，洗气所用惰性气体为高纯氩气。
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