CN104550865B - 镁铝锶合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合金制备领域，尤其公开了一种镁铝锶合金的制备方法，包括步骤：A、将金属铝置入熔炼炉中的熔炼模具中进行熔化，得到铝熔融液；其中，所述熔炼炉中充有保护气；B、向所述铝熔融液中加入镁锶合金，并将所述镁锶合金压入所述铝熔融液中完全熔化，熔炼预定时间，得到镁铝锶合金液；C、将熔炼保护剂平铺于铸型模具底部，并向所述铸型模具中充入所述保护气；D、将所述镁铝锶合金液倒入所述铸型模具中，并在所述镁铝锶合金液上方覆盖所述熔炼保护剂，待所述镁铝锶合金液自然冷却，得到所述镁铝锶合金。该制备方法通过采用添加熔炼保护剂和充入保护气相结合的方法，在非真空熔炼和浇铸状态下，消除了镁铝锶合金液浇铸时形成的气孔。

Description

镁铝锶合金的制备方法
技术领域
本发明属于合金制备领域，具体地讲，涉及一种镁铝锶合金的制备方法。
背景技术
镁铝锶合金作为一种新型的耐热镁合金，与其他镁合金相比，其耐热性相对较好，同时镁铝锶合金还具有良好的铸造性能、耐腐蚀性能和抗热烈性。镁铝锶合金制备方法主要是对掺法，通过高纯金属镁、铝和锶在一定的温度下，通过氩气保护对掺熔炼而得到，该方法的设备复杂，工艺流程长、锶烧损大，烧损率约为20％～30％；也可通过镁锶、铝锶和镁铝中间合金采用对掺法得到镁铝锶合金，该方法工艺流程短，锶烧损少，当前主要采用该方法熔炼镁铝锶合金。由于高温镁液、锶液和铝液性质非常活泼，上述两种方法制备镁铝锶合金，在非真空熔融液浇注过程中，金属液与空气中的水蒸气发生析氢反应，得到镁铝锶合金体积有明显的膨胀，经切割后观察断面，合金中含有大量气孔，这些气孔影响镁铝锶合金的性能；一般在真空制备条件下才能有效消除气孔，但该方法不仅增加了成本，而且也提高了操作难度。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种镁铝锶合金的制备方法，该制备方法通过采用熔炼保护剂和保护气相结合的方法，在非真空熔炼和浇铸状态下，消除了镁铝锶合金液浇铸时形成的气孔。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种镁铝锶合金的制备方法，包括步骤：A、将金属铝置入熔炼炉中的熔炼模具中进行熔化，得到铝熔融液；其中，所述熔炼炉中充有保护气；B、向所述铝熔融液中加入镁锶合金，并将所述镁锶合金压入所述铝熔融液中完全熔化，熔炼预定时间，得到镁铝锶合金液；C、将熔炼保护剂平铺于铸型模具底部，并向所述铸型模具中充入所述保护气；D、将所述镁铝锶合金液倒入所述铸型模具中，并在所述镁铝锶合金液上方覆盖所述熔炼保护剂，待所述镁铝锶合金液自然冷却，得到所述镁铝锶合金。
进一步地，所述熔炼保护剂选自氯化钾、氯化钙、氯化铝中的至少一种。
进一步地，所述保护气选自氩气、氦气中的任意一种。
进一步地，所述金属铝与镁锶合金的质量比不小于1:1。
进一步地，在所述步骤B中，所述熔炼预定时间为30min～60min。
进一步地，所述熔炼炉的温度为680℃～740℃。
进一步地，所述铸型模具选自刚玉坩埚、石墨坩埚、耐火砖模具中的任意一种。
进一步地，所述铸型模具及熔炼保护剂的前处理方法具体包括：将所述铸型模具及熔炼保护剂置于烘箱中进行干燥；其中，干燥温度为200℃～250℃，干燥时间为2h～3h。
进一步地，在所述步骤C中，所述熔炼保护剂的厚度为所述铸型模具的深度的1/4。
进一步地，所述熔炼模具选自刚玉坩埚、石墨坩埚中的任意一种。
本发明利用铝及镁锶合金采用对掺法来制备镁铝锶合金，不仅减少了镁液、锶液因高温氧化造成的损耗；同时，在非真空熔炼和浇铸下，通过采用添加熔炼保护剂和充入保护气相结合的方式，限制了镁铝锶合金液的析氢反应，从而有效地消除了镁铝锶合金中的气孔。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例的镁铝锶合金的制备方法的步骤流程图；
图2是根据本发明的实施例1的镁铝锶合金的扫描电镜图；
图3是根据本发明的实施例1的对比例的镁铝锶三元合金的扫描电镜图；
图4是根据本发明的实施例2的镁铝锶合金的扫描电镜图；
图5是根据本发明的实施例3的镁铝锶合金的扫描电镜图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
实施例1
图1是根据本发明的实施例的镁铝锶合金的制备方法的步骤流程图。
参照图1，根据本发明的实施例的镁铝锶合金的制备方法包括如下步骤。
在步骤110中，将金属铝块置入熔炼炉中的刚玉坩埚中进行熔化，并向熔炼炉中充入氩气，得到铝熔融液。
具体地，首先将熔炼炉的温度加热至720℃，并将作为熔炼模具的刚玉坩埚放入其中加热5min左右，使得刚玉坩埚的温度与熔炼炉保持一致；然后将154.33g铝块放入刚玉坩埚中进行熔化，得到铝熔融液；其中，在铝块熔化的过程中，需向熔炼炉中充入氩气，以使铝块在熔化过程中免于被氧化造成损耗。
在步骤120中，向铝熔融液中加入镁锶合金，并将镁锶合金压入铝熔融液中完全熔化，熔炼30min得到镁铝锶合金液。
在本实施例中，镁锶合金的用量为77.86g；当镁锶合金在铝熔融液中完全熔化后，保持熔炼炉720℃的熔炼温度下，熔炼30min得到镁铝锶合金液；优选地，在熔炼的过程中，需要用经预先干燥过得刚玉杆搅拌镁铝锶合金液以使铝熔融液与镁锶合金的熔融液混合均匀，得到均匀混合的镁铝锶合金液；同时，作为搅拌棒的刚玉杆的搅拌部分需烧至通红，温度达到与熔炼温度接近水平，以防止温度较低的刚玉杆在搅拌镁铝锶合金液的过程中，造成镁铝锶合金液的凝固。
在步骤130中，将氯化钾平铺于铸型模具底部，并向铸型模具中充入氩气。
具体地，铸型模具为刚玉坩埚，且平铺在刚玉坩埚底部的氯化钾的厚度为刚玉坩埚的深度的1/4左右；值得说明的是，平铺于铸型模具刚玉坩埚底部的氯化钾在此处充当熔炼保护剂，而充入刚玉坩埚中的氩气作为熔炼过程中的保护气，以赶走铸型模具刚玉坩埚中存在的空气，防止后续铸型过程中造成氧化。
在步骤140中，将镁铝锶合金液倒入铸型模具中，并在镁铝锶合金液上方覆盖氯化钾，待镁铝锶合金液自然冷却得到镁铝锶合金。
值得注意的是，在向铸型模具刚玉坩埚中倒入镁铝锶合金液时，应缓慢操作以防止高温镁铝锶合金液外溅，倒入铸型模具刚玉坩埚中的镁铝锶合金液因具有较大的黏度而在熔炼保护剂氯化钾表面不会发生渗漏；而在向镁铝锶合金液上方覆盖熔炼保护剂氯化钾时，应快速进行倾倒，以使镁铝锶合金液能避免与空气接触，从而防止发生析氢反应造成损耗；也就是说，镁铝锶合金液的底面与顶面均铺设有熔炼保护剂氯化钾，其中，铺设于镁铝锶合金液底部的熔炼保护剂不仅起到隔绝空气防止镁铝锶合金产生气泡的作用，还可防止镁铝锶合金液在凝固的过程中与模具粘合在一起。
在本实施例中，在上述步骤130及步骤140中所使用到的熔炼保护剂氯化钾及铸型模具刚玉坩埚需进行前处理，其前处理的具体方法即为将其置于烘箱中进行干燥；具体地，在本实施例中，在烘箱中的干燥温度为250℃，干燥时间为2h，以使其完全除去水分。与此同时，经过干燥的熔炼保护剂氯化钾平铺于铸型模具刚玉坩埚的底部，并放在烘箱中进行保温，直至进行步骤140时方可拿出。
值得说明的是，在制备得到镁铝锶合金后，作为熔炼保护剂的氯化钾几乎没有损失，还可循环使用。
在本实施例中，平铺于镁铝锶合金液底部及覆盖在镁铝锶合金液表面的熔炼保护剂均为氯化钾，但本发明并不限制于此，熔炼保护剂还可是氯化钾、氯化钙、氯化铝等多种氯化物的混合物，或在镁铝锶合金液底部和顶层分别为不同的熔炼保护剂。
对经上述步骤110-140制备得到的镁铝锶合金进行了切割，并对横切面进行了预磨及抛光，然后对横切面进行了扫描电镜测试，其扫描电镜图如图2所示。
为了说明本发明的制备方法的效果，进行了对比试验。在该对比试验中，在将镁铝锶合金液倒入铸型模具刚玉坩埚时，在铸型模具刚玉坩埚的底部及倒入后镁铝锶合金液的表面均未铺设、覆盖氯化钾，且在整个制备过程中未充入氩气；待铸型模具刚玉坩埚中的镁铝锶合金液自然冷却后，对得到的镁铝锶三元合金的横切面同样进行了扫描电镜测试，其扫描电镜图如图3所示；而且本实施例的对比例得到的镁铝锶三元合金的横切面的气孔肉眼即可看到。
比较图2中根据本发明的实施例1的制备方法制备得到的镁铝锶合金与图3中根据该实施例1的对比例的制备方法制备得到的镁铝锶三元合金的扫描电镜图，可以明显地看出，图2中的根据本发明的实施例1的制备方法制备得到的镁铝锶合金中几乎没有气孔，而图3中根据本发明的实施例1的对比例的制备方法制备得到的镁铝锶三元合金中存在较多的气孔。
实施例2
在实施例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例2与实施例1的不同之处在于，在步骤110中，熔炼模具为石墨坩埚，其中铝块的质量为85.05g，且其在680℃的熔炼炉中进行熔化得到铝熔融液，在铝块熔化过程中，向熔炼炉中充入氦气；在步骤120中，镁锶合金的质量为85.01g，且在680℃的熔炼温度下熔炼40min，得到镁铝锶合金液；在步骤130中，铸型模具为耐火砖模具(自制)，而熔炼保护剂为氯化铝，保护气为氦气；其余操作参照实施例1中，得到镁铝锶合金。
在本实施例中，铸型模具自制耐火砖及熔炼保护剂氯化铝的前处理条件为：在200℃的烘箱中加热干燥3h。
对本实施例得到的镁铝锶合金进行了扫描电镜测试，其扫描电镜图如图4所示，从图4中可以看出，根据本发明的实施例2的制备方法制备得到的镁铝锶合金中几乎没有气孔。
实施例3
在实施例3的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例3与实施例1的不同之处在于，在步骤110中，铝块的质量为167g，且其在740℃的熔炼炉中进行熔化得到铝熔融液；在步骤120中，镁锶合金的质量为85.04g，且在740℃的熔炼温度下熔炼60min，得到镁铝锶合金液；在步骤130中，铸型模具为石墨坩埚，而熔炼保护剂为氯化钙；其余操作参照实施例1中，得到镁铝锶合金。
在本实施例中，铸型模具刚玉坩埚及熔炼保护剂氯化钙的前处理条件为：在220℃的烘箱中加热干燥2.5h。
对本实施例得到的镁铝锶合金进行了扫描电镜测试，其扫描电镜图如图5所示，从图5中可以看出，根据本发明的实施例3的制备方法制备得到的镁铝锶合金中几乎没有气孔。
根据本发明的镁铝锶合金的制备方法以金属铝及镁锶合金为原料，采用对掺法制备镁铝锶合金，不仅可减少镁液、锶液因氧化造成的损耗；通过添加熔炼保护剂及充入保护气相结合的方法，限制了镁铝锶合金液的析氢反应，从而有效地消除了镁铝锶合金中的气孔；同时，经自然冷却得到的镁铝锶合金无体积膨胀，容易出磨，且熔炼保护剂可循环利用，有效地降低了制备成本。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种镁铝锶合金的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、将金属铝置入熔炼炉中的熔炼模具中进行熔化，得到铝熔融液；其中，所述熔炼炉中充有保护气；
B、向所述铝熔融液中加入镁锶合金，并将所述镁锶合金压入所述铝熔融液中完全熔化，熔炼预定时间，得到镁铝锶合金液；
C、将熔炼保护剂平铺于铸型模具底部，并向所述铸型模具中充入所述保护气；
D、将所述镁铝锶合金液倒入所述铸型模具中，并在所述镁铝锶合金液上方覆盖所述熔炼保护剂，待所述镁铝锶合金液自然冷却，得到所述镁铝锶合金。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼保护剂选自氯化钾、氯化钙、氯化铝中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述保护气选自氩气、氦气中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述金属铝与所述镁锶合金的质量比不小于1:1。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤B中，所述熔炼预定时间为30min～60min。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼炉的温度为680℃～740℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铸型模具选自刚玉坩埚、石墨坩埚、耐火砖模具中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述铸型模具及熔炼保护剂的前处理方法具体包括：
将所述铸型模具及熔炼保护剂置于烘箱中进行干燥；
其中，干燥温度为200℃～250℃，干燥时间为2h～3h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤C中，所述熔炼保护剂的厚度为所述铸型模具的深度的1/4。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼模具选自刚玉坩埚、石墨坩埚中的任意一种。
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