CN103820661A

CN103820661A - 稀土镁合金的半固态浆料制备方法

Info

Publication number: CN103820661A
Application number: CN201410070393.3A
Authority: CN
Inventors: 汪存龙; 吴国华; 刘文才; 张亮; 戴吉春; 莫文飞; 丁文江
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: CN103820661B

Abstract

本发明公开了一种稀土镁合金的半固态浆料制备方法；其按照促进晶粒形核、抑制晶粒长大的指导原则，在稀土镁合金熔体中添加纯铝，通过原位反应生成的大量细小弥散的Al₂RE金属间化合物颗粒，为初生α-Mg提供异质形核核心，促进晶粒形核；在熔体转移到中间包以后，考虑凝固过程固-液界面的稳定性，通过合理控制凝固不同阶段的冷却条件，延缓了初生相的长大，实现抑制晶粒长大的效果。本发明提供了一种低成本、无搅拌绿色半固态浆料制备手段，相较于传统的半固态浆料制备技术，其效率及成本都得到了极大的改善，可为稀土镁合金的后续流变成形，如流变压铸、流变挤压铸造等，提供优质的流变浆料，在流变成形镁合金中有较广的应用前景。

Description

稀土镁合金的半固态浆料制备方法

技术领域

本发明属于金属材料半固态成形技术领域，涉及一种金属半固态浆料制备方法，尤其是一种稀土镁合金的半固态浆料制备方法。

背景技术

半固态流变成形技术是由合金熔体在凝固到固液区间直接在一定的成形工艺(压铸、挤压铸造等)下成形得到零件，由于缩短了材料制备过程的一些加工环节，大大节约了产品零件加工制造过程的成本，因而成为未来一种极具希望的材料加工手段。高强耐热稀土镁合金是近年来发展的一种具有极大应用价值的合金材料，其在保持了镁合金的低密度、高比强度等优点的基础上，具有较高的室温与高温力学性能，在航空航天等关键零件的应用上具有极大的应用潜力。采用半固态成形的方法制备稀土镁合金材料，可在保留原有合金的高性能的基础上实现短流程加工制造。

半固态浆料的制备技术是实现流变成形的首要环节，传统的半固态浆料制备方法往往通过施加外加物理场的方式来实现，如采用机械搅拌法、双螺杆搅拌法、气泡搅拌法、电磁搅拌法及超声振动法等，这些外加物理场制备半固态浆料的方法都是通过在熔体中产生强烈的搅拌与剪切作用而促使球形半固态浆料组织的形成，但这些外加物理场所产生的搅拌作用不可避免地会使金属熔体与外界发生暴露，因而镁合金便发生氧化，通过不断的搅拌新的金属液与空气接触产生更强烈的氧化作用使得合金熔体中氧化夹杂含量提高。这些留存的氧化夹杂会在后续的成形过程中保留下来，从而在合金零件服役时影响合金的性能。

M.Qian发表在2006年第54卷《Acta Materialia》的文章“Creation of semisolidslurries containing fine and spherical particles by grain refinement based on theMullins-Sekerka stability criterion”中以固液界面稳定性为判据，从理论与实验的角度验证了采用Zr细化的方式制备不含铝的镁合金半固态浆料的可行性，其结论表明只有当添加足够含量的镁锆中间合金才能获得一定含量的溶解锆和未溶解锆，因而实现半固态浆料的制备。采用锆细化的方法制备半固态浆料，操作简便、方便实现；同时这种无扰动的方式，避免了外加物理场的引入，大大减少了半固态浆料熔体与空气的暴露接触，浆料纯净度得到很大的提高。但采用Zr细化的方法，需要添加超过1.5％的锆来实现半固态浆料的制备，而镁锆中间合金是一种工程应用上较为昂贵的材料，其制备过程复杂，工序流程长；且该中间合金在空气中暴露易于氧化，作为中间合金引入时带入了大量的夹杂物，对熔体纯净度影响较大。因而有必要寻找一种能够替代锆作为镁合金半固态制浆的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷，提供一种稀土镁合金的半固态浆料制备方法。本发明发现在稀土镁合金(Mg-RE)中添加纯铝可以在高温下原位生成Al₂RE颗粒金属间化合物，其与镁基体存在特定的晶体学取向关系，可以作为镁的形核基底，即Al₂RE可以成为一种新的镁合金晶粒细化剂。具体而言，本发明的技术方案是在促进晶粒形核、抑制晶粒长大的基础上进行的：采用在含稀土镁合金熔体中添加低成本的纯铝，高温下与稀土原位反应生成Al₂RE颗粒相；通过合理控制凝固冷却条件实现流变成形。该方法可以解决传统外加物理场产生的熔体搅动与空气接触产生氧化夹杂的问题，也可以避免使用昂贵的镁锆中间合金；且由于铝的添加收得率稳定、成分易于控制，因而提供了一种低成本的稀土镁合金半固态浆料制备手段，为稀土镁合金的半固态流变成形提供了理论基础。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明涉及一种稀土镁合金的半固态浆料制备方法，所述方法包括如下步骤：

A、合金熔炼：根据稀土镁合金中各元素配比，在700℃～750℃的镁液中依次加入Mg-RE中间合金、非稀土合金元素的中间合金或纯金属块料，熔化形成熔体；所述熔体温度回升至720℃～780℃之间保温，加入纯铝，溶解，去浮渣，得合金熔体；在720℃～780℃温度下加入占所述合金熔体总量的1％～2％的精炼剂进行精炼；

B、半固态浆料制备：将所述精炼后的合金熔体浇注到300℃～600℃的中间包中，控制中间包中的合金熔体冷却速率在2～20℃／分钟；待所述合金熔体冷却至该合金液相线以下0～20℃时，即得所述稀土镁合金的半固态浆料。半固态浆料的质量控制是通过中间包的预热条件及保温条件来调控。

优选地，步骤A中，所述合金熔炼是在SF₆和CO₂混合气氛保护下进行的。

优选地，步骤A中，所述稀土镁合金包括如下质量百分比含量的各组分：

稀土合金元素 5～15％，

非稀土合金元素 0～5％，

铝 0.5～3％，

杂质元素总量不大于0.2％，余量为Mg。更优选地，非稀土合金元素含量为0.5％～5％。

优选地，所述稀土合金元素(RE)为Gd、Sm、Y、Dy、Nd、Ce中的一种或几种。

优选地，所述非稀土合金元素为Ca、Zn、Mn、Sr中的一种或几种。

优选地，所述杂质元素为Fe、Si、Cu、Ni中的一种或几种。

优选地，步骤A中，所述合金熔炼之前还包括将纯镁、纯铝、镁-稀土中间合金、非稀土合金元素的中间合金在180℃～220℃温度下预热3小时以上的步骤。

优选地，步骤A中，所述精炼时间为5～10分钟，精炼后熔体静置20～40分钟。

优选地，步骤A中，所述精炼剂为JDMJ镁合金精炼剂。

优选地，步骤B中，所述稀土镁合金的半固态浆料浇注到铜模中，用于半固态取样观察；或浇注，进行流变成形。所采用的铜模需预先烘干，且浇注时铜模温度为小于30℃度。

本发明的工作原理为：高温下，镁稀土合金中在一定成分范围与比例的稀土元素与铝元素会发生反应生成Al₂RE相，可以与铝发生该反应的稀土元素有Gd、Sm、Y、Dy、Nd、Ce、La和Sc等。据此，通过常规的熔炼铸造方法可以验证这些原位生成的金属间化合物均对稀土镁合金存在一定的细化效果。采用电子背散射衍射(EBSD)技术可以验证这些高温条件下生成的Al₂RE金属间化合物均与镁基体存在一些特定的晶体学位向关系；同时不同的金属间化合物的晶粒细化效果按照其与熔融的纯镁的润湿情况依次降低，根据已有的实验结果能与镁产生完全润湿的Al₂RE型金属间化合物有Al₂Gd、Al₂Sm、Al₂Y、Al₂Dy、Al₂Nd及Al₂Ce等。而Al₂RE型金属间化合物在冷却至一定温度时，会在其与熔体的界面处发生包晶反应，即液相的镁与Al₂RE反应生成富镁的α相。而根据Mul l ins-Sekerka界面稳定性理论，当先析出α相颗粒满足一定条件的冷却速率和颗粒尺寸时，即可使其保持球形方式生长，也即在该固-液区间内进行处理的合金熔体，可以得到细小圆整的球状半固态浆料组织。在稀土镁合金中添加一定含量的非稀土合金元素可以在熔体中产生更大的成分过冷，使得尺寸更小的颗粒相可作为形核核心，如经实验证实微量Ca和Sr的添加即可促进有效形核Al₂RE颗粒数量密度的提升；而在基体合金中添加一定含量的Zn、Mn等更可以促进合金后续热处理后的时效析出性能。因而通过合理控制凝固过程不同阶段的冷却条件，本发明可实现低成本、无搅拌的绿色半固态浆料制备工艺，可为稀土镁合金的后续流变成形提供优质的流变浆料。

与现有技术比较，本发明具有如下有益效果：

(1)避免了外加物理场的引入，熔体在相对“平静”的环境下得到颗粒细小均匀的半固态浆料组织，可以减少由于外加物理场带来的氧化物夹杂；由于避免了需要施加外加物理场，缩短了半固态加工流程，实现半固态流变成形过程的温度控制及组织控制，更易于推广应用到大批量的实际工业生产。

(2)针对采用锆细化制备半固态浆料的方法，采用低成本合金元素铝替代，可以大大降低用于合金原材料的成本；同时也避免了由于镁锆中间合金带来的难以去除的夹杂物。

(3)半固态颗粒是在原位自生的颗粒上进行球形生长方式得到的球形颗粒，颗粒形貌、颗粒尺寸及颗粒密度可以通过改变铝添加量及中间包保温与冷却条件来控制，工艺过程具有传承性、重复性和易操作性。

(4)相较于传统的半固态浆料制备技术，本发明方法的效率及成本都得到了极大的改善，可以为稀土镁合金的后续流变成形，如流变压铸、流变挤压铸造等，提供优质的流变浆料，为稀土镁合金的流变成形奠定基础，并拓宽了其应用范围。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为采用含1.5wt.％Zr的Mg-30wt.％Zr中间合金针对Mg-11wt.％Y-4wt.Gd％合金进行半固态浆料制备，在620℃浇注所得样品的光学金相组织示意图；

图2为经本发明采用0.5wt.％Al针对Mg-11wt.％Y-4wt.Gd％合金进行半固态浆料制备，在620℃浇注所得样品的光学金相组织示意图；

图3为采用含1.5wt.％Zr的Mg-30wt.％Zr中间合金针对Mg-10wt.％Gd-3wt.％Y合金进行半固态浆料制备，在620℃浇注所得样品的光学金相组织示意图；

图4为经本发明采用0.8wt.％Al针对Mg-10wt.％Gd-3wt.％Y合金进行半固态浆料制备，在620℃浇注所得样品的光学金相组织示意图；

图5为采用含2wt.％Zr的Mg-30wt.％Zr中间合金针对Mg-10wt.％Gd-0.5wt.％Ca合金进行半固态浆料制备，在614℃浇注所得样品的光学金相组织示意图；

图6为经本发明采用1wt.％Al针对Mg-10wt.％Gd-0.5wt.％Ca合金进行半固态浆料制备，在614℃浇注所得样品的光学金相组织示意图；

图7为采用含1.5wt.％Zr的Mg-30wt.％Zr中间合金针对Mg-5wt.％Sm-3wt.％Nd合金进行半固态浆料制备，在630℃浇注所得样品的光学金相组织示意图；

图8为经本发明采用1wt.％Al针对Mg-5wt.％Sm-3wt.％Nd合金进行半固态浆料制备，在630℃浇注所得样品的光学金相组织示意图。

图9为采用含1.5wt.％Zr的Mg-30wt.％Zr中间合金针对Mg-5wt.％Sm-5wt.％Zn合金进行半固态浆料制备，在630℃浇注所得样品的光学金相组织示意图；

图10为经本发明采用3wt.％Al针对Mg-5wt.％Sm-5wt.％Zn合金进行半固态浆料制备，在630℃浇注所得样品的光学金相组织示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的稀土镁合金的半固态浆料制备方法，所有熔炼工艺在SF₆和CO₂混合气氛保护下进行，所适用的稀土镁合金的组分及其质量百分比为：稀土元素RE(如Gd、Sm、Y、Dy、Nd、Ce等)5～15wt.％，非稀土合金元素(如Ca、Zn、Mn、Sr等)0～5wt.％，Al元素0.5～3wt.％，杂质元素Fe、Si、Cu和Ni总量不大于0.2％，余量为Mg。所述的稀土镁合金可以是含一种、两种或多种稀土元素及稀土与非稀土元素的混合。

上述稀土镁合金的半固态浆料制备方法包括合金熔炼和半固态浆料制备两个工艺工序；其中，

所述的合金熔炼工序步骤如下：

(1)烘料：将纯镁、纯铝、镁-稀土中间合金及其它添加合金在180℃～220℃温度下预热3小时以上；

(2)熔镁：采用坩埚电阻炉将烘干后的纯Mg熔化；

(3)加稀土元素和主要非稀土元素：往700℃～750℃的镁液中依次加入各种Mg-RE中间合金及其它合金元素的中间合金或纯金属块料，加入量根据稀土元素和主要非稀土元素所占质量百分比确定；

(4)加铝：待所有主要合金元素的中间合金加入并熔化后，熔体温度回升至720℃～780℃之间保温，然后加入纯铝，加入量根据铝所占质量百分比确定；

(5)精炼：待所有的合金元素完全溶解后，撇去表面浮渣，在720℃～780℃温度下向合金熔体加入合金熔体总量的1％～2％的JDMJ镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间5～10分钟，精炼后熔体静置20～40分钟。

所述的半固态浆料制备工艺工序为：

(1)熔体转移：将上述精炼后的稀土镁合金熔体浇注到预热至300℃～600℃的中间包中，并转移至预热的另一电阻炉中，控制中间包中的熔体冷却速率在2～20℃／分钟，

(2)浆料制备：采用热电偶实时监测中间包中的熔体温度变化，待熔体温度冷却至该合金液相线以下0～20℃时，浇注到铜模中，用于半固态取样观察；或浇注到挤压铸造模具(或压铸模具)中，进行流变成形。

具体见以下各实施例：

实施例1

本实施例涉及一种稀土镁合金Mg-11wt.％Y-4wt.Gd％，熔化精炼过程如下：所有与合金熔体接触的工具提前刷涂料，工具、炉料、精炼剂、取样铜模均在180℃烘干3小时以上。开启电阻炉，预热不锈钢坩埚至暗红色后，加入镁锭，300℃时开始通入体积比为100∶1的CO2+SF6保护气体直至熔铸工作全部完成。将坩埚电阻炉升温至700℃直至纯镁全部熔化，将温度调整至720℃～750℃。该成分合金熔炼母材中镁采用纯度为99％的纯镁，钆和钇分别采用Mg-90wt.％Gd中间合金和Mg-25wt.％Y中间合金的形式加入。各中间合金熔化后，均对合金熔体搅拌5分钟以上，以使其混合均匀。

传统的方法是待以上主要合金元素均被加入并溶解均匀后，将炉温升至750℃之间保温，然后加入熔体总量1.5％的Mg-30wt.％Zr中间合金(实际收得锆约0.5％)，完全溶解后，搅拌5分钟。静置约5分钟后待温度上升至750℃，加入熔体总量1.5％的JDMJ镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间10分钟，精炼后熔体静置40分钟。然后将合金熔体浇注到预热至450℃的中间包中，控制中间包中的熔体冷却速率为5℃／分钟，采用热电偶实时监测中间包内的熔体温度变化，待熔体温度冷却至620℃(约为液相线以下5℃)时，浇注到铜模中，用于半固态取样观察。其微观组织照片如图1所示。

本发明采用的方法是待各合金元素均被加入并溶解均匀后，将炉温升至750℃之间保温，然后加入熔体总量0.5％的纯铝，完全溶解后，搅拌5分钟。静置约5分钟后待温度上升至750℃，加入熔体总量1.5％的JDMJ镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间10分钟，精炼后熔体静置40分钟。然后将合金熔体浇注到预热至450℃的中间包中，控制中间包中的熔体冷却速率为5℃／分钟，采用热电偶实时监测中间包内的熔体温度变化，待熔体温度冷却至620℃(约为液相线以下5℃)时，浇注到铜模中，用于半固态取样观察。其微观组织照片如图2所示。

由图1、2对比可以发现，针对Mg-11wt.％Y-4wt.Gd％合金，采用0.5wt.％Al细化的方法可以达到添加1.5wt.％Zr相当的效果。

实施例2

本实施例涉及一种稀土镁合金Mg-10wt.％Gd-3wt.％Y，熔化精炼过程如下：所有与合金熔体接触的工具提前刷涂料，工具、炉料、精炼剂、取样铜模均在180℃烘干3小时以上。开启电阻炉，预热不锈钢坩埚至暗红色后，加入镁锭，300℃时开始通入体积比为100∶1的CO₂+SF₆保护气体直至熔铸工作全部完成。将坩埚电阻炉升温至700℃直至纯镁全部熔化，将温度调整至720℃～750℃。该成分合金熔炼母材中镁采用纯度为99％的纯镁，钆和钇分别采用Mg-90wt.％Gd中间合金和Mg-25wt.％Y中间合金的形式加入。各中间合金熔化后，均对合金熔体搅拌5分钟以上，以使其混合均匀。

传统的方法是待以上主要合金元素均被加入并溶解均匀后，将炉温升至750℃之间保温，然后加入熔体总量1.5％的Mg-30wt.％Zr中间合金(实际收得锆约0.5％)，完全溶解后，搅拌5分钟。静置约5分钟后待温度上升至750℃，加入熔体总量1.5％的JDMJ镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间10分钟，精炼后熔体静置40分钟。然后将合金熔体浇注到预热至450℃的中间包中，控制中间包中的熔体冷却速率为5℃／分钟，采用热电偶实时监测中间包内的熔体温度变化，待熔体温度冷却至620℃(约为液相线以下5℃)时，浇注到铜模中，用于半固态取样观察。其微观组织照片如图3所示。

本发明采用的方法是待各合金元素均被加入并溶解均匀后，将炉温升至750℃之间保温，然后加入熔体总量0.8％的纯铝，完全溶解后，搅拌5分钟。静置约5分钟后待温度上升至750℃，加入熔体总量1.5％的JDMJ镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间10分钟，精炼后熔体静置40分钟。然后将合金熔体浇注到预热至450℃的中间包中，控制中间包中的熔体冷却速率为5℃／分钟，采用热电偶实时监测中间包内的熔体温度变化，待熔体温度冷却至620℃(约为液相线以下5℃)时，浇注到铜模中，用于半固态取样观察。其微观组织照片如图4所示。

由图3、4对比可以发现，针对Mg-10wt.％Gd-3wt.％Y合金，采用0.8wt.％Al细化的方法可以达到添加1.5wt.％Zr相当的效果。

实施例3

本实施例涉及一种稀土镁合金Mg-10wt.％Gd-0.5wt.％Ca，熔化精炼过程如下：所有与合金熔体接触的工具提前刷涂料，工具、炉料、精炼剂、取样铜模均在180℃烘干3小时以上。开启电阻炉，预热不锈钢坩埚至暗红色后，加入镁锭，300℃时开始通入体积比为100∶1的CO₂+SF₆保护气体直至熔铸工作全部完成。将坩埚电阻炉升温至700℃直至纯镁全部熔化，将温度调整至720℃～750℃。该成分合金熔炼母材中镁采用纯度为99％的纯镁，钆采用Mg-90wt.％Gd中间合金的形式加入，钙采用99.9％的纯钙加入(纯钙加入前用滤纸吸除表面的煤油，利用电阻炉旁边的炉体将金属钙烘干，然后放入钟罩中压入到合金熔体中，并不断搅拌使其完全溶解)。中间合金及纯钙加入熔化后，均对合金熔体搅拌5分钟以上，以使其混合均匀。

传统的方法是待以上主要合金元素均被加入并溶解均匀后，将炉温升至750℃之间保温，然后加入熔体总量2％的Mg-30wt.％Zr中间合金(实际收得锆约0.6％)，完全溶解后，搅拌5分钟。静置约5分钟后待温度上升至750℃，加入熔体总量1.5％的JDMJ镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间10分钟，精炼后熔体静置40分钟。然后将合金熔体浇注到预热至450℃的中间包中，控制中间包中的熔体冷却速率为5℃／分钟，采用热电偶实时监测中间包内的熔体温度变化，待熔体温度冷却至614℃(约为液相线以下5℃)时，浇注到铜模中，用于半固态取样观察。其微观组织照片如图5所示。

本发明采用的方法是待各合金元素均被加入并溶解均匀后，将炉温升至750℃之间保温，然后加入熔体总量1％的纯铝，完全溶解后，搅拌5分钟。静置约5分钟后待温度上升至750℃，加入熔体总量1.5％的JDMJ镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间10分钟，精炼后熔体静置40分钟。然后将合金熔体浇注到预热至450℃的中间包中，控制中间包中的熔体冷却速率为5℃／分钟，采用热电偶实时监测中间包内的熔体温度变化，待熔体温度冷却至614℃(约为液相线以下5℃)时，浇注到铜模中，用于半固态取样观察。其微观组织照片如图6所示。

由图5、6对比可以发现，针对Mg-10wt.％Gd-0.5wt.％Ca合金，采用1wt.％Al细化的方法可以达到添加2wt.％Zr相当的效果。

实施例4

本实施例涉及一种稀土镁合金Mg-5wt.％Sm-3wt.％Nd，熔化精炼过程如下：所有与合金熔体接触的工具提前刷涂料，工具、炉料、精炼剂、取样铜模均在180℃烘干3小时以上。开启电阻炉，预热不锈钢坩埚至暗红色后，加入镁锭，300℃时开始通入体积比为100∶1的CO₂+SF₆保护气体直至熔铸工作全部完成。将坩埚电阻炉升温至700℃直至纯镁全部熔化，将温度调整至720℃～750℃。该成分合金熔炼母材中的镁采用纯度为99％的纯镁，钐和钕分别采用Mg-20wt.％Sm中间合金和Mg-90wt.％Nd中间合金的形式加入。各中间合金熔化后，均对合金熔体搅拌5分钟以上，以使其混合均匀。

传统的方法是待以上主要合金元素均被加入并溶解均匀后，将炉温升至750℃之间保温，然后加入熔体总量1.5％的Mg-30wt.％Zr中间合金(实际收得锆约0.5％)，完全溶解后，搅拌5分钟。静置约5分钟后待温度上升至750℃，加入熔体总量1.5％的JDMJ镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间10分钟，精炼后熔体静置40分钟。然后将合金熔体浇注到预热至550℃的中间包中，控制中间包中的熔体冷却速率为8℃／分钟，采用热电偶实时监测中间包内的熔体温度变化，待熔体温度冷却至630℃(约为液相线以下10℃)时，浇注到铜模中，用于半固态取样观察。其微观组织照片如图7所示。

本发明采用的方法是待各合金元素均被加入并溶解均匀后，将炉温升至750℃之间保温，然后加入熔体总量1wt.％的纯铝，完全溶解后，搅拌5分钟。静置约5分钟后待温度上升至750℃，加入熔体总量1.5％的JDMJ镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间10分钟，精炼后熔体静置40分钟。然后将合金熔体浇注到预热至550℃的中间包中，控制中间包中的熔体冷却速率为8℃／分钟，采用热电偶实时监测中间包内的熔体温度变化，待熔体温度冷却至630℃(约为液相线以下10℃)时，浇注到铜模中，用于半固态取样观察。其微观组织照片如图8所示。

由图7、8对比可以发现，针对Mg-5wt.％Sm-3wt.％Nd合金，采用1wt.％Al细化的方法可以达到添加1.5wt.％Zr相当的效果。

实施例5

本实施例涉及一种稀土镁合金Mg-5wt.％Sm-5wt.％Zn，熔化精炼过程如下：所有与合金熔体接触的工具提前刷涂料，工具、炉料、精炼剂、取样铜模均在180℃烘干3小时以上。开启电阻炉，预热不锈钢坩埚至暗红色后，加入镁锭，300℃时开始通入体积比为100∶1的CO2+SF6保护气体直至熔铸工作全部完成。将坩埚电阻炉升温至700℃直至纯镁全部熔化，将温度调整至720℃～750℃。该成分合金熔炼母材中的镁采用纯度为99％的纯镁，钐和锌分别采用Mg-20wt.％Sm中间合金和工业纯锌的形式加入。各中间合金熔化后，均对合金熔体搅拌5分钟以上，以使其混合均匀。

传统的方法是待以上主要合金元素均被加入并溶解均匀后，将炉温升至750℃之间保温，然后加入熔体总量1.5％的Mg-30wt.％Zr中间合金(实际收得锆约0.3％)，完全溶解后，搅拌5分钟。静置约5分钟后待温度上升至750℃，加入熔体总量1.5％的JDMJ镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间10分钟，精炼后熔体静置40分钟。然后将合金熔体浇注到预热至550℃的中间包中，控制中间包中的熔体冷却速率为8℃／分钟，采用热电偶实时监测中间包内的熔体温度变化，待熔体温度冷却至630℃(约为液相线以下10℃)时，浇注到铜模中，用于半固态取样观察。其微观组织照片如图9所示。

本发明采用的方法是待各合金元素均被加入并溶解均匀后，将炉温升至750℃之间保温，然后加入熔体总量3wt.％的纯铝，完全溶解后，搅拌5分钟。静置约5分钟后待温度上升至750℃，加入熔体总量1.5％的JDMJ镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间10分钟，精炼后熔体静置40分钟。然后将合金熔体浇注到预热至550℃的中间包中，控制中间包中的熔体冷却速率为8℃／分钟，采用热电偶实时监测中间包内的熔体温度变化，待熔体温度冷却至630℃(约为液相线以下10℃)时，浇注到铜模中，用于半固态取样观察。其微观组织照片如图10所示。

由图9、10对比可以发现，针对Mg-5wt.％Sm-5wt.％Zn合金，采用3wt.％Al细化的方法可以达到添加1.5wt.％Zr相当的效果。

需特别说明的是以上各实例中采用锆细化的方法所得半固态浆料组织中不可避免地含有较多未能去除的夹杂物。

综上所述，本发明通过在高温镁稀土合金熔体中加入一定含量的纯铝可以达到与采用锆细化制浆相当的效果，不仅可以在很大程度上减少昂贵镁锆中间合金的使用，且可以减少对熔体中杂质的引入。而采用Al细化制浆的方法主要受所处理合金的成分(溶质元素含量)、纯铝添加量及半固态处理的温度和凝固条件所决定。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种稀土镁合金的半固态浆料制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

A、合金熔炼：根据稀土镁合金中各元素配比，在700℃～750℃的镁液中加入Mg-RE中间合金或依次加入Mg-RE中间合金、非稀土合金元素的中间合金或纯金属块料，熔化形成熔体；所述熔体温度回升至720℃～780℃之间保温，加入纯铝，溶解，去浮渣，得合金熔体；在720℃～780℃温度下加入占所述合金熔体总量的1％～2％的精炼剂进行精炼；

B、半固态浆料制备：将所述精炼后的合金熔体浇注到300℃～600℃的中间包中，控制中间包中的合金熔体冷却速率在2～20℃／分钟；待所述合金熔体冷却至该合金液相线以下0～20℃时，即得所述稀土镁合金的半固态浆料。

2.如权利要求1所述的稀土镁合金的半固态浆料制备方法，其特征在于，步骤A中，所述合金熔炼是在SF₆和CO₂混合气氛保护下进行的。

3.如权利要求1所述的稀土镁合金的半固态浆料制备方法，其特征在于，步骤A中，所述稀土镁合金包括如下质量百分比含量的各组分：

稀土元素 5～15％，

非稀土合金元素 0～5％，

铝 0.5～3％，

杂质元素总量≤0.2％，余量为Mg。

4.如权利要求3所述的稀土镁合金的半固态浆料制备方法，其特征在于，所述稀土元素为Gd、Sm、Y、Dy、Nd、Ce中的一种或几种。

5.如权利要求3所述的稀土镁合金的半固态浆料制备方法，其特征在于，所述非稀土合金元素为Ca、Zn、Mn、Sr中的一种或几种。

6.如权利要求3所述的稀土镁合金的半固态浆料制备方法，其特征在于，所述杂质元素为Fe、Si、Cu、Ni中的一种或几种。

7.如权利要求1所述的稀土镁合金的半固态浆料制备方法，其特征在于，步骤A中，所述合金熔炼之前还包括将纯镁、纯铝、镁-稀土中间合金、非稀土合金元素的中间合金在180℃～220℃温度下预热3小时以上的步骤。

8.如权利要求1所述的稀土镁合金的半固态浆料制备方法，其特征在于，步骤A中，所述精炼时间为5～10分钟，精炼后熔体静置20～40分钟。

9.如权利要求1所述的稀土镁合金的半固态浆料制备方法，其特征在于，步骤A中，所述精炼剂为JDMJ镁合金精炼剂。

10.如权利要求1所述的稀土镁合金的半固态浆料制备方法，其特征在于，步骤B中，所述稀土镁合金的半固态浆料浇注到铜模中，用于半固态取样观察；或浇注，进行流变成形。