CN103687969B - 合金制造方法和通过其制造的合金 - Google Patents

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Abstract

本发明提供其中可容易地将化合物分散在合金基体中，同时在铸造期间保持高熔融品质的合金制造方法，并且还提供通过该方法制造的合金。本发明的一个方面提供包括如下步骤的合金制造方法：形成熔融金属，其中使铸造金属和包括至少一种第一化合物的母合金熔融；和铸造所述熔体，其中所述母合金为镁母合金或铝母合金。

Description

合金制造方法和通过其制造的合金
技术领域
本公开内容涉及合金制造方法和通过其制造的合金，和更特别地，涉及其中在铸造中使用母合金的合金制造方法以及通过其制造的合金。
背景技术
合金可通过将合金元素添加至液态熔融金属和进行铸造而制造。在使用这样的铸造技术制造合金时，熔融金属的品质对合金的特性具有极大的影响。特别地，在其中将具有高的氧化性质的镁、铝等作为合金元素添加至熔融金属中的情况下，显示出在熔融金属中通过合金元素的氧化而使杂质例如夹杂物增多的趋势。就机械和化学性质而言，这样的杂质可导致合金的退化。因此，为了改善通过铸造制造的合金的性质，必须尽可能地在熔融金属中保持清洁性。为了获得高品质熔融金属，在真空中制造熔融金属的方法，或者通过用保护气体覆盖熔融金属的表面而保护熔融金属的表面的方法。
同时，为了改善合金的机械和化学特性，可在合金的基体上形成各种化合物。例如，当将具有高硬度的金属间化合物分布在合金的基体上时，所述金属间化合物起到抑制位错的移动以改善合金强度的结构体的作用。这样的化合物可在铸造中使液相凝固的同时作为热力学稳定的相被结晶出来，或者在凝固之后通过合适的机械加工或热处理而被沉淀出来。
然而，为了在真空中制造熔融金属，需要用于保持真空的额外设备，并且覆盖在熔融金属的表面上的保护气体是昂贵的或者可导致环境问题。而且，难以控制在铸造期间结晶的相的量或分布，并且为了形成沉淀相应伴有机械加工或热处理。
发明内容
本公开内容提供铝合金以及铝合金制造方法，其可通过将包括镁和硅的金属间化合物(下文中，镁-硅化合物)分布在铝基体中而改善机械特性且无需热处理。以上主题仅是示例性的，并且本公开内容的范围不受该主题的限制。
本公开内容提供可容易地将化合物分布在合金的基体中，同时保持熔融金属的品质的合金制造方法，以及通过其制造的合金。以上主题仅是示例性的，并且本公开内容的范围不受该主题的限制。
根据示例性实施方式，提供制造合金的方法。形成熔融金属，其中使铸造金属与包括至少一种第一化合物的母合金熔融。铸造所述熔融金属。所述母合金可为镁母合金或铝母合金。
所述第一化合物可具有比所述铸造金属高的熔点。
所述铸造金属可为选自如下的任一种：锡、铝、锌、镁、铜、镍、钴、铁、钛、钒、钼、钨、以及其合金。
所述第一化合物可为通过在镁熔融金属或铝熔融金属中使其中结合至少两种成分(component)的第二化合物的至少一部分消耗(耗尽，exhaust)而形成的化合物。所述第一化合物可为其中由经消耗的第二化合物供应的成分与所述镁熔融金属中的金属成分彼此结合的化合物，并且所述金属成分可为镁或铝。
所述第一化合物可为通过在分别由至少两种经消耗的第二化合物供应的成分之间的结合产生的化合物。
所述第一化合物可为通过在镁熔融金属或铝熔融金属中使钙或锶中的任一种的至少一部分熔融而形成的化合物。
所述第一化合物可为添加到所述母合金的熔融金属的化合物。所述第一化合物可通过机械合金化而产生。
所述第一化合物可包括镁化合物。所述镁化合物可包括选自如下的至少一种：镁-钙化合物、镁-铝-钙化合物、镁-锶化合物和镁-硅化合物。
所述第一化合物可包括铝化合物。所述铝化合物可包括选自如下的至少一种：铝-钙化合物、铝-锶化合物、和铝-铈化合物。
所述第一化合物可包括钙-硅化合物。
所述第二化合物可包括基于钙的化合物、基于锶的化合物、基于硅的化合物、或者基于稀土金属的化合物。
所述镁母合金的制造可包括：将至少一种其中结合两种或更多种成分的第二化合物添加至镁熔融金属；使所述第二化合物的至少一部分消耗；和铸造所述镁熔融金属以制造第一镁母合金。
所述镁母合金的制造可进一步包括：将所述第一镁母合金添加至镁熔融金属和稀释所述镁熔融金属以形成第二镁母合金。
所述铝母合金的制造可包括：将至少一种其中结合至少两种成分的第二化合物添加至铝熔融金属；使所述第二化合物的至少一部分消耗；和铸造所述铝熔融金属以制造第一铝母合金。
所述铝母合金的制造可进一步包括：将所述第一铝母合金添加至铝熔融金属和稀释所述铝熔融金属以形成第二铝母合金。
可将所述第二化合物分散地添加至所述镁熔融金属的上层部分的表面，和可搅拌所述镁熔融金属的上层部分。所述搅拌可在从所述镁熔融金属的表面到不超过所述镁熔融金属总深度的20%的点的上层部分中进行。
所述母合金的制造可包括：将钙或锶添加至母合金熔融金属；和在所述镁熔融金属中使所述钙或锶的至少一部分消耗。
所述铝母合金可通过在铝熔融金属中添加镁合金而制造，和所述镁合金通过包括如下的工艺制造：将钙或锶添加至镁熔融金属；和在所述镁熔融金属中使所述钙或锶的至少一部分熔融。
所述铝母合金可通过在铝熔融金属中添加铝合金而制造，和所述铝合金通过包括如下的工艺制造：将钙或锶添加至铝熔融金属；和在所述铝熔融金属中使所述钙或锶的至少一部分熔融。
所述镁母合金可通过在镁熔融金属中添加铝合金而制造，和所述铝合金通过包括如下的工艺制造：将钙或锶添加至铝熔融金属；和在所述铝熔融金属中使所述钙或锶的至少一部分熔融。
所述镁母合金可通过在镁熔融金属中添加镁合金而制造，和所述镁合金通过包括如下的工艺制造：将钙或锶添加至镁熔融金属；和在所述镁熔融金属中使所述钙或锶的至少一部分熔融。
所述铝母合金的制造可包括将包含第一化合物的镁合金添加至铝熔融金属。所述包含第一化合物的镁合金的制造可包括在镁熔融金属中添加第二化合物，和铸造所述镁熔融金属。
根据另一示例性实施方式。合金包括金属基体，以及存在于所述金属基体中的第一化合物。所述第一化合物可为被包括在镁母合金或铝母合金中并且被添加到制造的熔融金属以铸造所述合金的化合物。
所述金属基体可包括选自如下的任一种：锡、铝、锌、镁、铜、镍、钴、铁、钛、钒、钼、钨、以及其合金。
所述第一化合物可包括镁化合物、铝化合物、或钙-硅化合物。
所述合金可包括浓度比其中添加不含第一化合物的母合金并且在相同条件下制造的合金的夹杂物的浓度低的夹杂物。
附图说明
由结合附图考虑的以下描述，可更详细地理解示例性实施方式，其中：
图1为显示根据本公开内容的合金制造方法的实施方式的流程图；
图2为显示根据本公开内容的镁母合金制造方法的实施方式的流程图；
图3为显示当在镁熔融金属中添加氧化钙时在镁熔融金属的上层部分中氧化钙的分解过程的示意图；
图4为显示根据本公开内容的铝母合金制造方法的实施方式的流程图；
图5A-5D显示通过根据本公开内容的实施方式添加氧化钙而制造的镁母合金的组成分析结果；
图6A-6E显示对其中添加镁母合金的铝合金以及其中添加纯镁的铝合金的成分进行分析的结果；
图7A和7B显示对其中添加通过本公开内容的实施方式制造的镁母合金的铝熔融金属和其中添加纯镁的铝熔融金属的状态进行观察的结果；
图8为显示根据本公开内容的实施方式的铝合金的抗氧化性试验结果的图；和
图9为显示具有与根据本公开内容的实施方式的铝-镁合金相同组成的相关领域铝-镁合金的抗氧化性的比较结果的图。
具体实施方式
下文中，将通过参照附图解释本发明的优选实施方式而对本发明进行详细描述。然而，本公开内容可以许多不同的形式体现并且不应解释为限于本文中所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开内容彻底和完整，并且将向本领技术人员充分传达本发明的构思。进一步地，本发明仅通过权利要求的范围限定。
根据示例性实施方式，制造包括至少一种化合物的母合金，然后将所述母合金添加到熔融金属中以制造合金。此时，所述母合金中包括的所述化合物被称为‘第一化合物’。
图1为根据示例性实施方式的合金制造方法的流程图。参照图1，形成熔融金属，其中使铸造金属熔融(S11)。所述铸造金属为可添加至母合金的金属并且可为选自如下的任意金属：锡(Sn)、锌(Zn)、镁(Mg)、铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、钛(Ti)、钒(V)、钼(Mo)、和钨(W)、或其合金。
接着，将包括第一化合物的母合金添加至所述铸造金属的熔融金属(S12)。接着，铸造其中熔融所述母合金和所述铸造金属的熔融金属以制造合金(S13)。
除了如图1中所示的其中将母合金添加到铸造金属的熔融金属中的合金制造方法之外，所述合金也可通过其中将母合金和铸造金属一起安置在熔炉中然后同时熔融的方法制造。这对于下文中描述的母合金制造方法的加入是同样适用的。
此处，模具可为选自如下的任意模具：金属模具、陶瓷模具、石墨模具和等效物。而且，铸造的实例可包括砂型铸造、模铸、重力铸造、连续铸造、低压铸造、挤压铸造、失蜡铸造、触变铸造等。
在示例性实施方式中，所述母合金可使用纯镁或镁合金作为母材，和所述纯镁和所述镁合金均被称为镁母合金。替代地，所述母合金可使用纯铝或铝合金作为母材，并且所述纯铝和所述铝合金被称为铝母合金。而且，为了方便，将镁熔融金属定义为表示纯镁熔融金属或其中在纯镁熔融金属中添加不同合金元素的镁合金熔融金属，并且该定义同样适用于铝熔融金属。而且，镁母合金熔融金属和铝母合金熔融金属可统称为母合金熔融金属。
此时，包括在母合金中的至少一种第一化合物可为通过如下形成的：在镁熔融金属中添加其中结合至少两种成分的第二化合物，然后使所述第二化合物的至少一部分消耗。下文中，将详细描述包括第一化合物的镁母合金的制造方法。
图2为显示镁母合金制造方法的示例性实施方式的流程图。参照图2，镁母合金制造方法包括形成镁熔融金属(S21)、添加第二化合物(S22)、搅拌(S23)、和铸造(S24)。
在镁熔融金属的形成(S21)中，将纯镁或镁合金置于坩埚中并且加热以形成镁熔融金属。此处，加热温度可在400℃-800℃范围内。
虽然在纯镁的情况下，在600℃以上形成熔融金属，但是在镁合金的情况下，由于可通过合金化而出现的熔点下降，可在不高于600℃且不低于400℃的温度形成熔融金属。
此处，当加热温度低于400℃时，难以形成镁熔融金属，和当加热温度超过800℃时，出现在镁熔融金属中的升华或者存在着火的危险。
镁熔融金属的形成(S21)中使用的镁合金可为选自如下的任一种：AZ91D、AM20、AM30、AM50、AM60、AZ31、AS141、AS131、AS121X、AE42、AE44、AX51、AX52、AJ50X、AJ52X、AJ62X、MRI153、MRI230、AM-HP2、Mg-Al、Mg-Al-Re、Mg-Al-Sn、Mg-Zn-Sn、Mg-Si、Mg-Zn-Y、和其等效物，但是本公开内容不限于此。可使用任何镁合金(如果其在工业领域中通常使用的话)。
同时，为了防止镁熔融金属着火，可向镁熔融金属提供少量的保护气体。所述保护气体包括SF6、SO2、CO2、HFC-134a、NovecTM612、惰性气体和其等效物、以及其混合物气体，并且其可抑制熔融金属的着火。
接着，在第二化合物的添加(S22)中，将第二化合物添加到镁熔融金属。此时，第二化合物可为其中结合两种或更多种成分的化合物，并且在镁熔融金属中部分地或完全地消耗。由于消耗，可形成其中构成第二化合物的成分的一部分与镁熔融金属中的金属成分结合的第一化合物。
替代地，在其中添加至少两种不同的第二化合物的情况下，当第二化合物消耗时，可形成其中由所述第二化合物的每一种供应的成分结合的第一化合物。
即，在被添加至镁熔融金属之后，第二化合物起到作为供应构成第一化合物的成分的供应源的作用。
此时，第二化合物可为基于钙的化合物，并且可包括例如如下的任一种：氧化钙(CaO)、氰化钙(CaCN2)和碳化钙(CaC2)。
当这样的基于钙的化合物或基于锶的化合物在镁熔融金属中消耗时，碱土金属族的金属成分和与其结合的非金属成分可从彼此分解。因此，由基于碱土金属的化合物供应的金属成分可结合至作为镁熔融金属中的金属成分的镁以形成镁化合物。
这样的镁化合物可为如下的任一种：镁-钙化合物、镁-锶化合物和镁-铝-钙化合物。例如，从氧化钙分解的钙(Ca)可结合至镁以形成镁-钙化合物例如Mg2Ca等，和从氧化锶分解的锶(Sr)可形成镁-锶化合物例如Mg2Sr、Mg23Sr6、Mg38Sr9、Mg17Sr2等。
在另一实例中，除了镁熔融金属中的镁之外，铝也可熔融作为金属成分，并且所述铝可结合至碱土金属元素以形成铝化合物。所述铝化合物可包括铝-钙化合物和铝-锶化合物的至少一种。例如，从氧化钙分解的钙可结合至铝以形成铝-钙化合物例如Al2Ca、Al4Ca等，和从氧化锶分解的锶(Sr)可结合至铝以形成铝-锶化合物例如Al4Sr等。
根据情况，镁熔融金属中的镁成分和铝成分可结合在一起以形成复合氧化物例如(Mg,Al)2Ca等。
所述第二化合物的另一实例可为基于硅的化合物。所述基于硅的化合物可包括，例如，氧化硅(SiO2)等。类似于以上描述，从氧化硅分解的硅(Si)可结合至镁成分以形成镁-硅化合物例如Mg2Si等。
在另一实例中，所述第二化合物可为稀土化合物，并且可包括例如氧化钪(Sc2O3)、氧化铈(CeO2)等。类似于以上描述，由稀土化合物供应的稀土金属可结合至镁或铝。例如，铈(Ce)可结合至铝以形成铝-铈化合物例如Al2Ce等，和钪(Sc)可结合至铝以形成铝-钪化合物例如Al2Sc。
所述第二化合物可以在种类上彼此不同的至少两部分添加。例如，可将氧化钙和氧化硅同时添加到镁熔融金属中。此时，由氧化钙供应的钙和由氧化硅供应的硅可在镁熔融金属中彼此结合以形成钙-硅化合物例如CaSi等。
同时，通过添加至镁熔融金属的第二化合物，可改善镁熔融金属的抗氧化性。例如，当将基于钙的化合物添加至镁熔融金属时，镁熔融金属的抗氧化性改善并且因此耐着火性提高，使得抑制了氧化物或其它夹杂物在镁熔融金属中的引入。因此，对于熔融镁所必需的保护气体的量可显著减少或者可根本不使用。
镁母合金中包括的第一化合物可具有比铸造金属高的熔点。例如，Mg2Si、Al2Ca、Al4Sr、Al2Sc和Al2Se分别具有1085℃、1078℃、1040℃、1420℃和1480℃的熔点，和铸造金属例如锡、锌、镁和铝分别具有231.9℃、419.5℃、649℃和660.1℃的熔点。
因此，在其中将包括具有比这样的铸造金属高的熔点的第一化合物的镁母合金作为合金元素添加至铸造金属的熔融金属的情况下，在铸造后，所述第一化合物可分布在铸造金属的基体中。即，由于在比第一化合物的熔点低的温度下铸造金属的熔融金属保持液相，与镁母合金一起加入的第一化合物在铸造金属的熔融金属中不熔融，而是以固相存在，并且在铸造和凝固之后，分布在铸造金属的基体上。
因此，通过添加包含具有比铸造金属高的熔点的第一化合物的母合金，可在金属的基体上形成化合物而无需单独的处理，例如热处理或者机械加工。
例如，作为商业合金的铝合金6063容许使大量的Mg2Si分布在铝基体上，从而极大地改善机械强度。为了形成Mg2Si，将镁和硅添加至铝并且进行热处理以在铝基体上沉淀Mg2Si。
与此相比，根据示例性实施方式，可将包含作为第一化合物的Mg2Si的铝母合金添加至铝熔融金属，然后铸造以容易地制造其中在铝基体中形成Mg2Si的铝合金。
在添加至镁熔融金属的第二化合物的成分中，未与熔融金属内的金属成分结合的剩余成分以气体状态通过在镁熔融金属的表面上的部分而被排放至大气中，或者可以浮渣(dross)或淤渣(sludge)形式漂浮在熔融金属上。
所述第二化合物在其表面积尽可能宽时对于增强反应性是有利的，并且因此以粉末形式添加。然而，本公开内容不限于此，并且基于硅的添加剂可以其中粉末颗粒附聚的块体(bulk)或丸粒的形式添加以防止粉末飞散。
所述第二化合物的尺寸可在0.1μm-500μm范围内，并且更严格地在0.1μm-200μm范围内。
当所述第二化合物的尺寸小于0.1μm时，该尺寸如此细使得所述第二化合物通过升华的镁或热风而飞散并且因此难以将其引入到坩埚中。而且，由于第二化合物附聚而形成附聚体，它们不容易与液相熔融金属混合。这样的附聚体不是优选的，因为其降低了用于反应的表面积。
当所述第二化合物的尺寸超过500μm时，用于反应的表面积降低，并且进一步地所述第二化合物可不与镁熔融金属反应。
所述第二化合物可在0.001重量%-30重量%的范围内和更严格地在0.01重量%-15重量%的范围内添加。当所述第二化合物的总添加量小于0.001重量%时，通过所述第二化合物的添加引起的效果是轻微的或者是几乎未产生的。而且，当所述第二化合物的总添加量超过30重量%时，熔融金属的流动性可退化。
可将所述第二化合物同时或者在有时间差的情况下添加到熔融金属中。所述第二化合物可按必要的量一次添加，或者可通过将该必要的量分成合适的量而在具有恒定时间差的多个阶段中添加。当所添加的第二化合物为具有细颗粒的粉末时，通过将所述第二化合物在具有恒定时间差的多个阶段中添加，可降低粉末的附聚可能性并且可促进所述第二化合物的反应。
为了促进所述第二化合物的分解和反应，可将所述第二化合物分散地添加至熔融金属的上层部分的表面。图3为示例性地说明当将氧化钙20添加至熔炉1中的镁熔融金属10时，在镁熔融金属10的上层部分中氧化钙20的分解过程的示意图。参照图3,在镁熔融金属10的上层部分中，氧化钙20分解为氧(O2)和钙(Ca)。所分解的氧为气体(O2)，被从熔炉排放至外部或者以浮渣或淤渣的形式漂浮在镁熔融金属上。同时，所分解的钙可与另外的元素例如熔融金属中的镁(Mg)或铝(Al)反应以形成各种化合物。
因此，在该实施方式中重要的是产生反应环境使得所述第二化合物不被引入到镁熔融金属中而是与熔融金属的表面中的元素反应。为此，可保持所添加的第二化合物，使得其长期停留在熔融金属的表面上并且暴露于大气。
为了更加促进所添加的第二化合物的分解和反应，可进行镁熔融金属的搅拌(S3)。所述搅拌可与所述第二化合物的添加同时开始或者在将所添加的第二化合物在熔融金属中加热至预定温度之后开始。
在典型的金属合金化的情况下，积极地搅拌所述熔融金属和合金元素，使得通过对流或者搅拌在所述熔融金属中发生反应。然而，当以该实施方式引起所述第二化合物的积极(positive)反应时，所述第二化合物的反应不是有效的并且因此所述第二化合物以未分解状态剩留在最终的熔融金属中的频率增加。在其中所述第二化合物剩留在最终的熔融金属的情况下，剩留的第二化合物可被引入到铸造的镁合金中而使镁合金的机械特性退化。
表1显示当将氧化钙(CaO)添加至AM60B熔融金属时根据搅拌方法剩留的氧化钙的量的测量结果。所添加氧化钙的尺寸为70μm，并且所述氧化钙是按照5重量%、10重量%和15重量%添加的。选择镁熔融金属的上层部分的搅拌、内部搅拌和无搅拌作为确认搅拌效果的方式。从表1可知，当进行镁熔融金属的上层部分的搅拌时，与其它情况不同，所添加氧化钙的大部分被还原为钙。
[表1]
所述搅拌可在从镁熔融金属的表面至不超过镁熔融金属的总深度的20%的点的上层部分中，并且更严格地在至不超过镁熔融金属的总深度的10%的点的上层部分中进行。在超过20%的深度处，表面中第二化合物的分解不容易发生。
搅拌时间可取决于熔融金属的温度和所添加粉末的状态而不同，并且搅拌可充分进行直至所添加第二化合物在熔融金属中完全消耗。术语“消耗”表示基本上完成第二化合物的分解。
这样的搅拌可更加促进所述第二化合物在所述镁熔融金属中的分解以及其中通过这样的分解供应的成分与所述镁熔融金属中的金属成分反应以形成各种第一化合物的过程。
当镁熔融金属的搅拌(S23)完成时，进行其中将镁熔融金属注入到模具中以使所注入的熔融金属凝固的铸造(S24)以制造镁母合金。
在第二化合物向镁熔融金属的添加(S22)中，可添加钙(Ca)或锶(Sr)元素而不是基于钙的化合物或基于锶的化合物作为第二化合物以制造镁母合金。在此情况下，类似于所述第二化合物，所添加的钙或锶可在镁熔融金属中熔融以形成第一化合物。
作为母合金的另一实例，可使用铝母合金。图4为显示铝母合金制造方法的示例性实施方式的流程图。参照图4，铝合金制造方法包括铝熔融金属的形成(S31)、镁母合金的添加(S32)、搅拌(S33)和铸造(S34)。
在铝熔融金属的形成(S31)中，将铝置于坩埚中，然后在600℃-900℃的温度范围内加热以形成铝熔融金属。
在铝熔融金属的形成(S31)中的铝可为选自如下的任一种：纯铝、铝合金、和其等效物。所述铝合金可为选自如下的任一种：1000系列、2000系列、3000系列、4000系列、5000系列、6000系列、7000系列和8000系列的塑性加工铝合金，或者100系列、200系列、300系列、400系列、500系列、和700系列的铸造铝合金。
接着，在镁合金的添加(S32)中，将通过上述方法制造并且包括第一化合物的镁合金添加至所述铝熔融金属。
在镁合金的添加(S32)中，基于100重量份的铝，所述镁合金可在0.0001重量份-30重量份的范围内添加。当镁母合金的添加量小于0.0001重量份时，根据镁合金添加的效果可为小的。而且，当镁母合金的添加量超过30重量份时，不显现铝合金的原特性。
所述镁合金可以锭的形式添加，但是本公开内容不限于此，并且所述镁合金可具有其它形式例如粉末形式、粒料形式等。而且，所述镁母合金的尺寸没有限制。
在镁合金的添加(S32)中，包括在所述镁合金中的第一化合物也被提供给所述铝熔融金属。如上所述，所述镁合金可在其中具有熔点比铝高的第一化合物，和当将包括所述第一化合物的镁母合金添加至所述铝熔融金属时，所述第一化合物可被包括在铝合金中。
接着，将所述铝熔融金属搅拌预定时间(S33)，然后进行其中将所述铝熔融金属注入到模具中和凝固的铸造(S34)以制造铝合金。
所制造的铝合金可为选自如下的任一种：1000系列、2000系列、3000系列、4000系列、5000系列、6000系列、7000系列和8000系列的塑性加工铝合金，或者100系列、200系列、300系列、400系列、500系列和700系列的铸造铝合金。
因此，当将包括所述第一化合物的镁母合金或铝母合金作为合金元素添加至铸造金属的熔融金属时，可改善铸造金属的熔融金属的抗氧化性。
如上所述，其中添加基于钙的化合物的镁母合金可包含镁-钙化合物、铝-钙化合物、镁-铝-钙化合物等作为所述第一化合物，和通过添加这样的母合金制造的铝母合金也包含如上所述的第一化合物。
由于包括所述第一化合物的镁母合金或铝母合金的抗氧化性极大提高，铸造金属的熔融金属中的杂质(例如氧化物)夹杂物与其中添加不含所述第一化合物的镁或铝的情况相比显著降低。因此，在其中添加根据示例性实施方式的母合金作为合金元素的情况下，尽管不使用保护气体，也可极大地增强铸造金属的熔融金属的清洁性而显著地改善熔融金属的品质。由于熔融金属的品质的改善，极大地改善了铸造合金的物理性质例如机械和化学特性。
在镁合金向铝熔融金属的添加(S32)中，可通过添加元素形式的钙(Ca)或锶(Sr)，而不是添加包括第一化合物的镁合金来制造所述镁母合金。当在铝熔融金属中熔融时，这样的钙或锶可与铝反应以形成第一化合物例如Al2Ca、Al4Ca、Al4Sr等。
虽然所有上述的制造母合金的方法包括将第二化合物或纯元素添加至母合金熔融金属和容许在母合金熔融金属中发生反应以形成第一化合物，本公开内容不限于此，并且在另一示例性实施方式中，还可直接将第一化合物添加至母合金熔融金属。此时，所述第一化合物可为在外部通过各种方法制造的。
例如，将铝粉和钙粉置于例如球磨机的设备中以通过机械合金化制造Al2Ca粉末，和可将所制造的Al2Ca粉末作为第一化合物添加至铝熔融金属。在此情况下，Al2Ca被作为第一化合物包括在铸造的镁合金或铝合金中。
作为另一实例，将如上制造的Al2Ca粉末添加至镁熔融金属以制造包含Al2Ca的镁合金，然后可再将所制造的镁合金添加至铝熔融金属以制造包含Al2Ca的铝母合金。
虽然已经提出了机械合金化作为用于形成第一化合物的方法，但是本公开内容不限于此，并且任何方法将是可容许的(如果其是能够形成第一化合物的方法的话)。
同时，可对包括第一化合物的母合金进一步进行其稀释。例如，可将通过上述方法制造的镁母合金(为了方便，称作第一镁母合金)添加至镁熔融金属和稀释以形成包括具有降低浓度的第一化合物的第二镁母合金。同样地，当然第二铝母合金可通过稀释第一铝母合金而形成。
下文中，为了帮助理解本公开内容，提供了实验实施例。将理解，以下实验实施例不是为了限制本公开内容而提供的，而是仅为了帮助理解本公开内容而提供的。
图5A-5D显示根据示例性实施方式的镁母合金的通过电子探针显微分析仪(EPMA)的分析结果，其中所述镁母合金是通过将作为第二化合物的氧化钙(CaO)添加至包含铝作为合金元素的镁合金而制造的。
图5A显示使用背散射电子观察到的镁母合金的显微结构。如图5A中所示，所述镁母合金显示出具有多个被化合物(白色部分)包围的晶粒的显微结构。所述化合物(白色部分)是沿着晶界形成的。
图5B-5D显示作为通过EPMA进行的在所述化合物区域(白色部分)中的成分的测绘结果的铝、钙和氧的分布区域。如图5B和5C中所示，从所述化合物(图5A的白色部分)检测出铝和钙，但是未检测出氧(图5D)。
由该结果可知，由从氧化钙分离的钙与母材中包含的铝反应而产生的铝-钙化合物是经分布(分散)的。这样的铝-钙化合物可为作为金属间化合物的Al2Ca或Al4Ca。
图6A-6E显示根据实例性实施方式制造的铝母合金的EPMA分析结果。此处，添加至铝熔融金属的镁母合金为通过将氧化钙添加至包括铝的镁熔融金属而制造的。
图6A显示通过EPMA观察到的铝母合金的显微结构，和图6B-6E显示作为通过EPMA进行的成分测绘结果的铝、钙、镁和氧的测绘结果。如从图6B-6D看到的，在铝基体的相同位置处检测到钙和镁，但是如图6E中所示未检测到氧。由该结果可知，作为第一化合物包括在镁母合金中的镁-铝-钙化合物也作为第一化合物存在于铝母合金中。
同时，图7A显示通过添加镁母合金制造的铝熔融金属的状态，和图7B显示通过添加纯镁制造的铝熔融金属的状态。参照图7A和7B，可知在添加镁母合金的情况下，尽管未使用保护气体，但是熔融金属的状态是良好的，而在添加纯镁的情况下，熔融金属的表面由于镁的氧化而变为黑色。由该结果，可证实，当添加根据示例性实施方式制造的镁母合金时，熔融金属的抗氧化性得到显著提高。
表2显示通过观察和比较在其中将铍(Be)添加到镁熔融金属中的情况下和在其中添加氧化钙的情况下根据保护气体SF6添加量的镁熔融金属的状态而获得的结果。此处，镁熔融金属是由其中添加有0.45重量%铝的镁-铝合金(Mg-0.45Al)制造的。
[表2]
◎：非常良好，○：良好，△：普通，X：差，XX：非常差
在Be按照20重量%添加但是未添加SF6气体的情况下，观察到镁熔融金属差的状态例如着火，而在其中氧化钙按照0.1重量%或更多添加的情况下，观察到镁熔融金属的良好状态。当SF6气体的添加量相等时，其中以比铍的量小的量添加氧化钙的情况显示出熔融金属的更出色的状态。由该结果可知，添加氧化钙的情况比添加铍的情况出色。
图8显示根据镁母合金中氧化钙的量的抗氧化性测量结果。镁母合金的氧化在氧气气氛中在550℃进行40小时。参照图8，可看出，随着氧化钙的量增加，抗氧化性显著改善。
图9为在根据示例性实施方式制造的铝合金和通过不同于示例性实施方式的方法制造的铝合金(两者具有相同的镁组成)中的抗氧化性的比较的图。在图9的图中，分别地，x轴表示等温氧化时间(分钟)，和y轴表示重量增加(%)。而且，红线、绿线和蓝线分别表示铝合金的2.5重量%、5重量%和10重量%，并且具有相同颜色的虚线表示具有相同的镁组成并且由通过加入作为第二化合物的氧化钙制造的镁母合金制造的铝合金。参照图9可知，根据示例性实施方式的铝合金具有出色的抗氧化性。
通过根据本公开内容的实施方式的制造方法，尽管将具有高氧化性质的合金元素例如镁或铝添加到熔融金属中，但是熔融金属的清洁性可保持在高水平，并且因此铸造合金的特性可显著改善。而且，通过添加包括化合物的母合金作为合金元素，可在合金的基体中形成所述化合物而无需单独的处理。本公开内容的效果不限于以上描述，并且未提及的其它效果显然将是本领域技术人员由以下描述所理解的。
本公开内容的具体实施方式的描述是出于说明和解释目的而提供的。因此，本领域技术人员将理解，在不背离本发明的技术精神和范围的情况下，可在其中进行各种改进和变化例如实施方式的组合。

Claims (45)

1.制造合金的方法，包括：
形成熔融金属，其中使铸造金属和包括至少一种第一化合物的母合金熔融；和
铸造所述熔融金属，
其中所述母合金为镁母合金或铝母合金，
其中所述母合金的制造包括：
将至少一种其中结合两种或更多种成分的第二化合物分散地添加至镁熔融金属或铝熔融金属的上层部分的表面；
使所述第二化合物的至少一部分消耗；和
铸造所述镁熔融金属或铝熔融金属以制造第一镁母合金或第一铝母合金，
其中搅拌所述镁熔融金属或铝熔融金属的上层部分，且所述搅拌在从所述镁熔融金属或铝熔融金属的表面至不超过所述镁熔融金属或铝熔融金属的总深度的20％的点的上层部分中进行。
2.权利要求1的方法，其中所述第一化合物具有比所述铸造金属高的熔点。
3.权利要求1的方法，其中所述铸造金属为选自如下的任一种：锡、铝、锌、镁、铜、镍、钴、铁、钛、钒、钼、钨、以及其合金。
4.权利要求1的方法，其中所述第一化合物是通过在镁熔融金属或铝熔融金属中使其中结合至少两种成分的第二化合物的至少一部分消耗而形成的。
5.权利要求4的方法，其中所述第一化合物是通过在镁熔融金属或铝熔融金属中使所述第二化合物基本上完全消耗而形成的。
6.权利要求4的方法，其中所述第一化合物为其中由经消耗的第二化合物供应的成分与所述镁熔融金属中的金属成分彼此结合的化合物。
7.权利要求6的方法，其中所述金属成分为镁或铝。
8.权利要求4的方法，其中所述第一化合物为通过在分别由经消耗的至少两种第二化合物供应的成分之间的结合而产生的化合物。
9.权利要求1的方法，其中所述第一化合物为通过在所述镁熔融金属或铝熔融金属中使钙或锶的任一种的至少一部分熔融而形成的化合物。
10.权利要求1的方法，其中所述第一化合物为添加到所述母合金的熔融金属中的化合物。
11.权利要求10的方法，其中所述第一化合物是通过机械合金化制造的化合物。
12.权利要求1的方法，其中所述第一化合物包括镁化合物。
13.权利要求12的方法，其中所述镁化合物包括选自如下的至少一种：镁-钙化合物、镁-铝-钙化合物、镁-锶化合物和镁-硅化合物。
14.权利要求12的方法，其中所述镁化合物包括选自如下的至少一种：Mg2Ca、(Mg,Al)2Ca、Mg2Sr、Mg23Sr6、Mg38Sr9、Mg17Sr2和Mg2Si。
15.权利要求1的方法，其中所述第一化合物包括铝化合物。
16.权利要求15的方法，其中所述铝化合物包括选自如下的至少一种：铝-钙化合物、铝-锶化合物和铝-铈化合物。
17.权利要求15的方法，其中所述铝化合物包括选自如下的至少一种：Al2Ca、Al4Ca、Al4Sr、Al2Sc和Al2Ce。
18.权利要求1的方法，其中所述第一化合物包括钙-硅化合物。
19.权利要求18的方法，其中所述钙-硅化合物包括CaSi。
20.权利要求4的方法，其中所述第二化合物包括基于钙的化合物、基于锶的化合物、基于硅的化合物、或稀土金属化合物。
21.权利要求20的方法，其中所述基于钙的化合物包括选自如下的至少一种：氧化钙(CaO)、氰化钙(CaCN2)和碳化钙。
22.权利要求20的方法，其中所述基于锶的化合物包括氧化锶(SrO)。
23.权利要求20的方法，其中所述基于硅的化合物包括氧化硅(SiO2)。
24.权利要求20的方法，其中所述稀土金属化合物包括如下的至少一种：氧化钪(Sc2O3)和氧化铈(CeO2)。
25.权利要求1的方法，其中所述镁母合金的制造进一步包括将所述第一镁母合金添加至镁熔融金属和稀释所述第一镁母合金以形成第二镁母合金。
26.权利要求1的方法，其中所述铝母合金的制造进一步包括将所述第一铝母合金添加至铝熔融金属和稀释所述第一铝母合金以形成第二铝母合金。
27.权利要求1的方法，其中所述第二化合物的任一种成分向上从所述镁熔融金属的表面除去。
28.权利要求1的方法，其中所述母合金的制造包括：
将钙或锶添加至母合金熔融金属；和
在所述镁熔融金属中使所述钙或锶的至少一部分消耗。
29.权利要求1的方法，其中所述铝母合金是通过将镁合金添加到铝熔融金属中制造的，和所述镁合金通过包括如下的工艺制造：
将钙或锶添加至镁熔融金属；和
在所述镁熔融金属中使所述钙或锶的至少一部分熔融。
30.权利要求1的方法，其中所述铝母合金是通过将铝合金添加至铝熔融金属中制造的，和所述铝合金通过包括如下的工艺制造：
将钙或锶添加至铝熔融金属；和
在所述铝熔融金属中使所述钙或锶的至少一部分熔融。
31.权利要求1的方法，其中所述镁母合金是通过将铝合金添加至镁熔融金属中制造的，和所述铝合金通过包括如下的工艺制造：
将钙或锶添加至铝熔融金属；和
在所述铝熔融金属中使所述钙或锶的至少一部分熔融。
32.权利要求1的方法，其中所述镁母合金是通过在镁熔融金属中添加镁合金而制造的，和所述镁合金通过包括如下的工艺制造：
将钙或锶添加至镁熔融金属；和
在所述镁熔融金属中使所述钙或锶的至少一部分熔融。
33.权利要求1的方法，其中所述铝母合金的制造包括将包含所述第一化合物的镁合金添加至所述铝熔融金属。
34.权利要求33的方法，其中所述包含第一化合物的镁合金的制造包括：
将第二化合物添加至镁熔融金属；和
铸造所述镁熔融金属。
35.合金，包括：
金属基体；和
存在于所述金属基体中的第一化合物，
其中所述第一化合物为包括在镁母合金或铝母合金中并且被添加到制造的熔融金属中以铸造所述合金的化合物，
其中所述镁母合金或铝母合金是通过如下制造的：
将至少一种其中结合两种或更多种成分的第二化合物分散地添加至镁熔融金属或铝熔融金属的上层部分的表面；
使所述第二化合物的至少一部分消耗；和
铸造所述镁熔融金属或铝熔融金属以制造第一镁母合金或第一铝母合金，
其中搅拌所述镁熔融金属或铝熔融金属的上层部分，且所述搅拌在从所述镁熔融金属或铝熔融金属的表面至不超过所述镁熔融金属或铝熔融金属的总深度的20％的点的上层部分中进行。
36.权利要求35的合金，其中所述金属基体包括选自如下的任一种：锡、铝、锌、镁、铜、镍、钴、铁、钛、钒、钼、钨、以及其合金。
37.权利要求35的合金，其中所述第一化合物包括镁化合物。
38.权利要求37的合金，其中所述镁化合物包括选自如下的至少一种：镁-钙化合物、镁-铝-钙化合物、镁-锶化合物和镁-硅化合物。
39.权利要求37的合金，其中所述镁化合物包括选自如下的至少一种：Mg2Ca、(Mg,Al)2Ca、Mg2Sr、Mg23Sr6、Mg38Sr9、Mg17Sr2和Mg2Si。
40.权利要求35的合金，其中所述第一化合物包括铝化合物。
41.权利要求40的合金，其中所述铝化合物包括选自如下的至少一种：铝-钙化合物、铝-锶化合物和铝-铈化合物。
42.权利要求40的合金，其中所述铝化合物包括选自如下的至少一种：Al2Ca、Al4Ca、Al4Sr、Al2Sc和Al2Ce。
43.权利要求40的合金，其中所述第一化合物包括钙-硅化合物。
44.权利要求43的合金，其中所述钙-硅化合物包括CaSi。
45.权利要求35的合金，其中所述合金包括浓度比其中添加不含所述第一化合物的母合金并且在相同条件下制造的合金的夹杂物的浓度低的夹杂物。
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