CN103602861B - 一种镁锂铝硅合金板的制备方法 - Google Patents

一种镁锂铝硅合金板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镁锂铝硅合金板的制备方法，是针对镁锂合金强度低、耐腐蚀性和热稳定性差的情况，在镁锂合金中掺杂铝、硅，经制备铝硅共晶合金、真空感应炉熔炼、铜模吸铸、辊轧成型，制成镁锂铝硅合金板，此制备方法工艺先进，数据翔实，产物纯度度好，质量高，耐腐蚀性和热稳定性好，抗拉强度达389MPa，可在多种技术领域应用，是十分理想的镁锂铝硅合金板的制备方法。

Description

一种镁锂铝硅合金板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种镁锂铝硅合金板的制备方法，属有色金属增强制备及应用的技术领域。
背景技术
镁锂合金是最轻的有色金属结构材料，具有较高的比刚度、比强度，具有优良的磁屏蔽、防震及切削加工性能，在电子、航空航天及军工领域得到了应用；但由于镁锂合金存在强度低、耐腐蚀性和热稳定性差，不能单独使用，极大的制约了镁锂合金的使用范围。
为了提高镁锂合金的强度、耐腐蚀性和热稳定性，常在镁锂合金中掺杂铝锌或稀土物质，进行合金化，但铝锌混合掺杂会使镁锂合金的塑性恶化，限制了镁锂合金达到更高强度；如果在镁锂合金中掺杂稀土元素，工艺较复杂，成本高，价格较昂贵，不能规模化生产。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的不足，采用在镁锂合金中掺杂铝、硅的方法，经铜模吸铸、辊轧成型，制成镁锂铝硅合金板，以大幅度提高镁锂合金的强度、耐腐蚀性和热稳定性，扩大镁锂的使用范围。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为：镁块、锂块、铝块、硅块、丙酮、氩气、砂纸，其组合准备用量如下：以毫米、克、毫升、厘米3为计量单位
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；
(2)制备铝硅共晶合金
制备铝硅共晶合金是在真空感应熔炼炉中进行的；
①称取铝块26.22g±0.01g、硅块3.78g±0.01g，加入真空感应熔炼炉的熔炼坩埚中；
②抽取真空感应熔炼炉内空气，使炉内气压≤1Pa；
③向真空感应熔炼炉内输入氩气，氩气输入速度为80cm3/min,使炉内压强保持在0.1MPa；
④开启真空感应熔炼炉加热器，加热铝块、硅块，加热温度577℃±2℃，在此温度恒温、保温、熔炼5min，成铝硅共晶熔液；
⑤熔炼后关闭加热器，使共晶熔液随炉冷却至25℃；
⑥开启真空感应熔炼炉，取出熔炼坩埚及其内的共晶合金块，即铝硅共晶合金；
⑦清理、清洗铝硅共晶合金表面，用砂纸打磨铝硅共晶合金表面，去除表面氧化层，然后用丙酮清洗，清洗后晾干；
(3)制备开合式模具
开合式模具呈矩形，用黄铜材料制作，模具型腔尺寸为12mm×6mm×80mm,型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm；
(4)制备镁锂铝硅合金锭
镁锂铝硅合金锭的制备是在真空感应熔炼炉内进行的，是在加热熔炼、氩气保护、外水循环冷却、铜模吸铸下完成的；
①称取镁块21.5g±0.01g、锂块2g±0.01g、铝硅共晶合金1.5g±0.01g，加入真空感应熔炼炉的熔炼坩埚中；
②关闭真空感应熔炼炉，抽取炉内空气，使炉内压强≤1Pa；
③向真空感应熔炼炉输入氩气，氩气输入速度为80cm3/min,使炉内压强保持在0.1MPa；
④开启感应熔炼炉的高频感应加热机，加热温度710℃±2℃，在此温度恒温、保温、熔炼5min，成镁锂铝硅合金熔液；
⑤开启真空感应熔炼炉的负压控制器，将熔炼坩埚内的镁锂铝硅合金熔液抽吸到开合式模具内；
⑥关闭真空感应熔炼炉的高频感应加热机，关闭氩气瓶，使开合式模具内的镁锂铝硅合金液随炉冷却至25℃；
⑦开模，取出铸锭，打开开合式模具，取出铸锭，即镁锂铝硅合金锭；
(5)轧制镁锂铝硅合金锭
镁锂铝硅合金锭的轧制是在立式辊轧机上进行的，是在轧辊相向施压状态下完成的；
①将镁锂铝硅合金锭置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间，调整好辊轧距离；
②开启上轧辊的施压电机和下轧辊的转动机构，下轧辊的转动方向为正向顺时针转动，上轧辊的转动方向为反向逆时针转动，由左向右轧制，轧制速度为40mm/s，轧制道次为3道次；轧制后为镁锂铝硅合金板；
(6)切制镁锂铝硅合金板
将镁锂铝硅合金板置于数控线切割机床上，切制周边，成矩形；
(7)低温回火
将镁锂铝硅合金板置于回火炉中进行回火，回火温度100℃，回火时间60min；
(8)打磨、清洗
将镁锂铝硅合金板置于钢质平板上，用砂纸打磨周边及各部，然后用丙酮清洗，清洗后晾干；
(9)检测、分析、表征
对制备的镁锂铝硅合金板的形貌、色泽、化学成分、金相组织、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；
用金相显微镜和扫描电子显微镜及X射线能谱仪进行显微组织观察和化学成分分析；
用电子万能试验机进行抗拉强度分析；
结论：镁锂铝硅合金板为矩形，为银灰色，抗拉强度达389MPa。
有益效果
本发明与背景技术发明相比具有明显的先进性，是针对镁锂合金强度低、耐腐蚀性和热稳定性差的情况，采用在镁锂铝硅合金中掺杂铝、硅，经制备铝硅共晶合金、真空感应炉熔炼、铜模吸铸、辊轧成型，制成镁锂铝硅合金板，此制备方法工艺先进，数据准确翔实，产物纯度好，质量高，耐腐蚀性和热稳定性好，抗拉强度可达389MPa，可在多种技术领域应用，是十分理想的镁锂铝硅合金板的制备方法。
附图说明
图1.镁锂铝硅合金熔炼、铜模吸铸状态图
图2.镁锂铝硅合金板辊轧状态图
图3.镁锂铝硅合金板横切面形貌图
图4.镁锂铝硅合金板衍射强度图谱
图中所示，附图标记清单如下：
1、炉架，2、炉座，3、第一左立柱，4、第一右立柱，5、石英炉体，6、外循环冷却管，7、熔炼坩埚，8、镁锂铝硅合金液，9、真空室，10、真空泵，11、真空管，12、真空阀，13、氩气瓶，14、氩气管，15、氩气阀，16、氩气，17、铜模具，18、垫块，19、电磁开关阀，20、吸管，21、模具盖，22、负压控制器，23、高频感应加热机，24、加热管，25、热通道，26、顶座，27、第二左立柱，28、第二右立柱，29、施压电机，30、调节手柄，31、工作台，32、下轧辊转动机构，33、下轧辊，34、上轧辊，35、上轧辊施压从动机构，36、镁锂铝硅合金板，37、电控箱，38、显示屏，39、指示灯，40、施压电机控制器，41、转动机构控制器，42、底座。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明：
图1所示，为镁锂铝硅合金熔炼、铜模吸铸状态图，各部位置，联接关系要正确，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、毫米、厘米3为计量单位。
镁锂铝硅合金锭的制备是在真空感应熔炼炉内进行的，是在加热熔炼、氩气保护、外水循环冷却、铜模吸铸下完成的；
真空感应熔炼炉为立式，由炉架1、炉座2、第一左立柱3、第一右立柱4组成整体支撑结构；在炉架1的中间位置设有石英炉体5，在石英炉体5的外部设有外水循环冷却管6，在石英炉体5的内部置放熔炼坩埚7，熔炼坩埚7内为镁锂铝硅合金液8，石英炉体5内由氩气16填充；在石英炉体5的下部设有真空室9，真空室9右下部设有真空管11，并联接真空阀12、真空泵10；在真空室9右上部设有氩气管14，并联接氩气阀15、氩气瓶13；在真空室9的下部设有加热管24，加热管24左部联接高频感应加热机23、右上部与热通道25、石英炉体5联通；真空室9内由氩气16充填；在石英炉体5的上部设有垫块18，垫块18上设有电磁开关阀19，并联接吸管20；在垫块18上部为铜模具17，铜模具17上部为模具盖21，模具盖21上部设有负压控制器22，铜模具17内为镁锂铝硅合金液8。
图2所示，为镁锂铝硅合金板辊轧状态图，各部位置、联接关系要正确，按序操作。
镁锂铝硅合金板的辊轧是在立式辊轧机上进行的，是在轧辊相向施压过程中完成的；
立式辊轧机的下部为底座42，上部为顶座26，底座42与顶座26之间由第二左立柱27、第二右立柱28支撑；在顶座26的上部设有施压电机29；在底座42的上部设有工作台31，在工作台31上部设置下轧辊转动机构32，下轧辊转动机构32上部为下轧辊33；在顶座26的下部设有上轧辊施压从动机构35，上轧辊施压从动机构35下部为上轧辊34；在顶座26与上轧辊施压从动机构35之间设有调节手柄30；在下轧辊33、上轧辊34之间置放镁锂铝硅合金板36；下轧辊33的转动方向为顺时针，上轧辊34的转动方向为逆时针，镁锂铝硅合金板36的辊轧方向为由左向右辊轧。
图3所示，为镁锂铝硅合金板横切面形貌图，图中可见：镁锂铝硅合金板金相组织由长条状的灰色的α-Mg和黑色β-Li基体组成，在β-Li基体里含有细小的颗粒状AlLi相，亮色絮状的为Mg2Si相，由于细小的颗粒状AlLi相和Mg2Si相的弥散分布，使镁锂铝硅合金性能大幅度提高。
图4所示，为镁锂铝硅合金板的衍射强度图谱，图中分析可知：镁锂铝硅合金中主要为α-Mg相、β-Li相、AlLi相和Mg2Si相。

Claims (3)

1.一种镁锂铝硅合金板的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁块、锂块、铝块、硅块、丙酮、氩气、砂纸，其组合准备用量如下：以毫米、克、毫升、厘米3为计量单位
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；
(2)制备铝硅共晶合金
制备铝硅共晶合金是在真空感应熔炼炉中进行的；
①称取铝块26.22g±0.01g、硅块3.78g±0.01g，加入真空感应熔炼炉的熔炼坩埚中；
②抽取真空感应熔炼炉内空气，使炉内气压≤1Pa；
③向真空感应熔炼炉内输入氩气，氩气输入速度为80cm3/min,使炉内压强保持在0.1MPa；
④开启真空感应熔炼炉加热器，加热铝块、硅块，加热温度577℃±2℃，在此温度恒温、保温、熔炼5min，成铝硅共晶熔液；
⑤熔炼后关闭加热器，使共晶熔液随炉冷却至25℃；
⑥开启真空感应熔炼炉，取出熔炼坩埚及其内的共晶合金块，即铝硅共晶合金；
⑦清理、清洗铝硅共晶合金表面，用砂纸打磨铝硅共晶合金表面，去除表面氧化层，然后用丙酮清洗，清洗后晾干；
(3)制备开合式模具
开合式模具呈矩形，用黄铜材料制作，模具型腔尺寸为12mm×6mm×80mm,型腔表面粗糙度为Ra0.08-0.16μm；
(4)制备镁锂铝硅合金锭
镁锂铝硅合金锭的制备是在真空感应熔炼炉内进行的，是在加热熔炼、氩气保护、外水循环冷却、铜模吸铸下完成的；
①称取镁块21.5g±0.01g、锂块2g±0.01g、铝硅共晶合金1.5g±0.01g，加入真空感应熔炼炉的熔炼坩埚中；
②关闭真空感应熔炼炉，抽取炉内空气，使炉内压强≤1Pa；
③向真空感应熔炼炉输入氩气，氩气输入速度为80cm3/min,使炉内压强保持在0.1MPa；
④开启感应熔炼炉的高频感应加热机，加热温度710℃±2℃，在此温度恒温、保温、熔炼5min，成镁锂铝硅合金熔液；
⑤开启真空感应熔炼炉的负压控制器，将熔炼坩埚内的镁锂铝硅合金熔液抽吸到开合式模具内；
⑥关闭真空感应熔炼炉的高频感应加热机，关闭氩气瓶，使开合式模具内的镁锂铝硅合金液随炉冷却至25℃；
⑦开模，取出铸锭，打开开合式模具，取出铸锭，即镁锂铝硅合金锭；
(5)轧制镁锂铝硅合金锭
镁锂铝硅合金锭的轧制是在立式辊轧机上进行的，是在轧辊相向施压状态下完成的；
①将镁锂铝硅合金锭置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间，调整好辊轧距离；
②开启上轧辊的施压电机和下轧辊的转动机构，下轧辊的转动方向为正向顺时针转动，上轧辊的转动方向为反向逆时针转动，由左向右轧制，轧制速度为40mm/s，轧制道次为3道次；轧制后为镁锂铝硅合金板；
(6)切制镁锂铝硅合金板
将镁锂铝硅合金板置于数控线切割机床上，切制周边，成矩形；
(7)低温回火
将镁锂铝硅合金板置于回火炉中，进行回火，回火温度100℃，回火时间60min；
(8)打磨、清洗
将镁锂铝硅合金板置于钢质平板上，用砂纸打磨周边及各部，然后用丙酮清洗，清洗后晾干；
(9)检测、分析、表征
对制备的镁锂铝硅合金板的形貌、色泽、化学成分、金相组织、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；
用金相显微镜和扫描电子显微镜及X射线能谱仪进行显微组织观察和化学成分分析；
用电子万能试验机进行抗拉强度分析；
结论：镁锂铝硅合金板为矩形，为银灰色，抗拉强度达389MPa。
2.根据权利要求1所述的一种镁锂铝硅合金板的制备方法，其特征在于：镁锂铝硅合金锭的制备是在真空感应熔炼炉内进行的，是在加热熔炼、氩气保护、外水循环冷却、铜模吸铸下完成的；
真空感应熔炼炉为立式，由炉架(1),炉座(2)，第一左立柱(3)，第一右立柱(4)组成整体支撑结构；在炉架(1)的中间位置设有石英炉体(5)，在石英炉体(5)的外部设有外水循环冷却管(6)，在石英炉体(5)的内部置放熔炼坩埚(7)，熔炼坩埚(7)内为镁锂铝硅合金液(8)，石英炉体(5)内由氩气(16)填充；在石英炉体(5)的下部设有真空室(9)，真空室(9)右下部设有真空管(11)，并联接真空阀(12)、真空泵(10)；在真空室(9)右上部设有氩气管(14)，加热管(24)左部联接氩气阀(15)、氩气瓶(13)，右上部与热通道(25)、石英炉体(5)联通；在真空室(9)的下部设有加热管(24)，加热管(24)左部联接高频感应加热机(23)、右上部与加热通道(25)、石英炉体(5)联通；真空室(9)内由氩气(16)充填；在石英炉体(5)的上部设有垫块(18)，垫块(18)上设有电磁开关阀(19)，并联接吸管(20)；在垫块(18)上部为铜模具(17)，铜模具(17)上部为模具盖(21)，模具盖(21)上部设有负压控制器(22)，铜模具(17)内为镁锂铝硅合金液(8)。
3.根据权利要求1所述的一种镁锂铝硅合金板的制备方法，其特征在于：镁锂铝硅合金板的辊轧是在立式辊轧机上进行的，是在轧辊相向施压过程中完成的；
立式辊轧机的下部为底座(42)，上部为顶座(26)，底座(42)与顶座(26)之间由第二左立柱(27)、第二右立柱(28)支撑；在顶座(26)的上部设有施压电机(29)；在底座(42)的上部设有工作台(31)，在工作台(31)上部设置下轧辊转动机构(32)，下轧辊转动机构(32)上部为下轧辊(33)；在顶座(26)的下部设有上轧辊施压从动机构(35)，上轧辊施压从动机构(35)下部为上轧辊(34)；在顶座(26)与上轧辊施压从动机构(35)之间设有调节手柄(30)；在下轧辊(33)、上轧辊(34)之间置放镁锂铝硅合金板(36)；下轧辊(33)的转动方向为顺时针，上轧辊(34)的转动方向为逆时针，镁锂铝硅合金板(36)的辊轧方向为由左向右辊轧。
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