CN105002409A - 一种Mg-Mn中间合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属金属材料领域，涉及一种用于镁合金组织均匀及细化的Mg-Mn中间合金及其制备方法。在该中间合金体系中Mn以α-Mn的形式存在。该合金按重量百分比为：85~95%Mg，5~15%Mn。制备步骤是：按比例准备好工业纯镁和工业纯铝，将其同时放入石墨坩埚中，将炉温升至680~700℃，待镁完全熔化，在熔体表面覆盖一层厚度大于2.5mm的RJ-2或RJ-3保护熔剂，升温至820~1000℃，保温5~40min；或采用中频炉用170~250HZ的频率将Mg完全熔化，在熔体表面覆盖一层厚度大于2.5mm的RJ-2或RJ-3保护熔剂，采用200~350HZ的频率升温至820~1000℃，保温5~40min；最后将熔体直接浇注成铸锭或制备成棒材。该制备方法简便，所制备的Mg-Mn中间合金对镁合金组织具有良好的均匀细化效果，适合大批量生产。

Description

一种Mg-Mn中间合金及其制备方法

技术领域

本发明属金属材料领域，特别涉及一种用于镁合金组织均匀及细化的Mg-Mn中间合金及其制备方法。

背景技术

在工业生产中，一般采用Mn中间合金的形式在合金中引入Mn元素，主要包括Al-Mn和Mg-Mn中间合金。其中，采用Mg-Mn中间合金向镁合金中引入Mn元素，不会引入其它元素，并且Mn元素在中间合金的存在形态及分布会显著影响Mn在熔体中的分布，进而影响镁合金的凝固组织。

目前，应用较为广泛的含Mn中间合金主要Al-Mn，Mg-Mn中间合金。对于铝合金和镁合金而言，Mn熔点高，加入后难熔化，而且密度大，易产生熔体过热与Mn在凝固过程中的沉降问题，不适合电阻炉静置炉的使用。申请号为ZL 201410157760.3的中国专利报道了一种Mg-Mn变形镁合金及其制备方法，其采用Mg-Mn中间合金向镁合金中引入Mn元素，制备出强度和韧性都较好的新型变形镁合金，合金的热变形温度较低，且具有优异的塑形加工性能，其强度和韧性明显优于传统的商用AZ31镁合金。

文献[蔡元华, 郝斌, 崔华, 等. 锰在7000系铝合金中的作用及机理[J]. 材料科学与工艺, 2008, 16(4):531-534]中报道，Mn作为铝合金的合金元素，可以显著地提高铝合金的强度，耐蚀性以及抑制铝合金焊接时开裂；文献[陈刚, 陈鼎. 锰在有色金属中的应用. 中国锰业, 2003, 21(1):34-37]中报道，作为镁合金的合金元素，虽不能够提高抗拉强度，但能稍微提高屈服强度，并能提高合金的耐蚀性，细化晶粒，并提高可焊性。文献[范科. 高含Mn量Mg-Mn中间合金的制备与应用. 重庆大学, 2010]中报道，Mn加入镁中可以大大提高镁合金的耐蚀性。

发明内容

为了解决熔炼过程中镁合金自燃以及Mn在镁合金熔体中扩散系数较小的问题，避免Mn在熔体中分布不均匀进而导致所制备的中间合金细化效果降低的技术不足，本发明提供一种能使α-Mn细小均匀分布的Mg-Mn中间合金。

本发明同时还提供一种Mg-Mn中间合金的制备方法。

本发明的技术方案：

一种Mg-Mn中间合金，所含组分的质量百分比为：85~95%Mg，5~15%Mn。本发明的中间合金中的Mn以细小的α-Mn枝状及粒状晶形式存在。

上述Mg-Mn中间合金中各组分的质量百分比优选为：92.8~95.7%Mg，4.3%~7.2%Mn；此时Mg-Mn合金对镁合金的组织细化效果最好。

上述Mg-Mn中间合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）依据Mg-Mn中间合金的组成准备原料；组分的原料均源于工业纯金属；

（2）将Mg和Mn同时放入坩埚中，将炉温升至680~700℃，待Mg完全熔化，在熔体表面覆盖一层厚度大于2.5mm的保护溶剂，升温至820~1000℃，保温5~40min；或采用中频炉用170~250HZ的频率将Mg完全熔化，在熔体表面覆盖一层厚度大于2.5mm的保护溶剂，采用200~350HZ的频率升温至820~1000℃，保温5~40min；

（3）高温熔体直接浇注成铸锭或制备成棒材。

其中，保护溶剂的加入量要依据是否能够在熔炼和浇注过程中有效防止Mg合金自燃适量添加；其中，Mg完全熔化之后的炉温要根据加入Mn的含量在820~1000℃中选择，其中Mn 的含量越高，需要的炉温越高。

保温时间同样是根据加入Mn的含量在5~40min中选择，其中Mn的含量越高，需要的保温时间越长。

在制备过程中，各组分会有不同程度的烧损，因此会导致产品中各组分的含量与原料中各组分的含量存在微小差异。

本发明的有益效果：Mg-Mn中间合金中的Mn以细小α-Mn枝状及粒状晶形式存在。在镁-锌-钆合金中加入Mg-Mn中间合金并完全熔化后，Mn以团簇的形式均匀分布在熔体当中；在合金凝固过程中，熔体中的Mn团簇聚集长大为晶核，为镁合金的凝固提供了大量的异质核心，细化效果良好，显著提高了合金的力学性能。具体表现在，加入Mg-Mn中间合金后，Mg-3Gd-1Zn合金中α-Mg的晶粒尺寸减小为52μm，仅为原来的2/3左右，导致合金的晶粒尺寸明显将降低。由屈服强度由原来的172MPa提高至221MPa，显著提高合金的强度；而直接加入Mn，Mg-3Gd-1Zn合金中α-Mg的晶粒尺寸小为68μm。与直接加入Mn相比，Mg-Mn中间合金降低了合金熔炼的温度，避免了过热导致镁合金的剧烈氧化，使Mn元素在熔体中分布更加均匀；在存放过程中，具有更好的稳定性。因此Mg-Mn中间合金可以静态电阻炉中熔炼，适合工业化大生产。

附图说明

图1为制备的Mg-Mn中间合金的扫描电子显微图。

图2为添加Mg-Mn中间合金之前Mg-3Gd-1Zn合金的扫描电子显微图。

图3为添加Mg-Mn中间合金之后Mg-3Gd-1Zn合金的扫描电子显微图。

具体实施方式

实施例1：

（1）按工业纯镁95%、纯锰5%的质量百分比称取原料；

（2）将Mg和Mn同时放入坩埚中，将炉温升至680~700℃，待Mg完全熔化，在熔体表面覆盖一层厚度为3~8mm的保护溶剂，升温至820~950℃，保温10~20min；

（3）直接浇注成型，可以浇注成铸锭或制备成棒材。

按照上述配比和工艺制取的Mg-Mn中间合金，Mn的质量百分比为5.3~5.7%。

实施例2：

（1）按工业纯镁90%、纯锰10%的质量百分比称取原料；

（2）将Mg和Mn同时放入坩埚中，采用中频炉用170~250HZ的频率将Mg完全熔化，在熔体表面覆盖一层厚度为4~9mm的保护溶剂，采用250~350HZ的频率升温至900~1000℃，保温20~30min；

（3）直接浇注成型，可以浇注成铸锭或制备成棒材。

按照上述配比和工艺制取的Mg-Mn中间合金，Mn的质量百分比为10.2~10.9%。

实施例3：

（1）按工业纯镁85%、纯锰15%的质量百分比称取原料；

（2）将Mg和Mn同时放入坩埚中，采用中频炉用170~250HZ的频率将Mg完全熔化，在熔体表面覆盖一层厚度为5~9mm的保护溶剂，采用300~350HZ的频率升温至900~1000℃，保温30~40min；

（3）直接浇注成型，可以浇注成铸锭或制备成棒材。

按照上述配比和工艺制取的Mg-Mn中间合金，Mn的质量百分比为15.4~16.1%。

Claims (4)

1.一种Mg-Mn中间合金，其特征在于：其组分的质量百分比为：85~95%Mg，5~15%Mn；Mn以α-Mn的形式存在。

2.权利要求1所述的Mg-Mn中间合金的制备方法，其特征体现于以下步骤：

（1）依据Mg-Mn中间合金的组成准备原料；组分的原料均源于工业纯金属；

（2）将镁、锰同时放入坩埚中，将炉温升至680~700℃，待Mg完全熔化，在熔体表面覆盖一层厚度大于2.5mm的保护熔剂，升温至820~1000℃，保温5~40min；或采用中频炉用170~250HZ的频率将Mg完全熔化，在熔体表面覆盖一层厚度大于2.5mm的保护熔剂，采用200~350HZ的频率升温至820~1000℃，保温5~40min；

（3）高温熔体直接浇注成铸锭或制备成棒材。

3.权利要求2中所述的制备工艺中，采用石墨坩埚作为熔料坩埚。

4.权利要求2中所述的制备工艺中，采用RJ-2或RJ-3作为覆盖剂和精炼剂。