CN105385863B - 一种超声处理制备镁锆中间合金的方法 - Google Patents

一种超声处理制备镁锆中间合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，所述方法的具体步骤为：将工业镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾均匀混合后覆盖在工业纯镁的上部；熔化坩埚内的盐和工业镁后，进行机械搅拌或人工自由搅拌，形成熔体；对熔体进行超声处理；将经超声处理后的熔体浇注铸锭，冷却直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。本发明制备的镁锆中间合金的锆颗粒细小，可显著提高镁合金的细化效果。

Description

一种超声处理制备镁锆中间合金的方法
技术领域
本发明涉及一种镁合金材料领域的镁锆中间合金的制备方法，具体是一种超声处理制备镁锆中间合金的方法。
背景技术
Zr是镁合金有效的晶粒细化剂，除含Al、Mn、Si等镁合金外(Zr会与Al、Si或Mn反应而沉淀)，镁合金中一般都添加Zr来细化晶粒，同时减小热裂倾向，提高合金的强度、塑性和抗蠕变性。目前，镁锆中间合金是向镁合金中加锆的最主要的方法。锆在镁熔体中溶解度极低，因此镁锆中间合金实际上是镁锆固溶体和锆颗粒的混合物，其对镁合金的细化效果与锆颗粒大小直接相关。锆颗粒越小，加入镁熔体后，其固溶越充分，同时细小的锆颗粒本身也具备晶粒细化作用。目前的镁锆中间合金的制备一般利用含锆的盐和纯镁的反应来实现，这种自然的化学反应生成较多的20μm以上的大尺寸锆颗粒，大尺寸的锆颗粒起到的晶粒细化作用极其有限，因此也限制了镁合金的晶粒细化水平。
现有技术中，专利CN103540774A公开了一种镁锆中间合金及其生产方法，通过将镁锭和锆氟酸钾经过预处理，在硅碳棒保温翻转炉内大高径比耐热不锈钢坩埚中进行还原反应，一步还原成型生产出高品质的镁锆中间合金锭。该方法可制备纯净度较高、Zr含量较高的镁锆中间合金，但该方法制备的中间合金的锆颗粒仍然偏大，存在较多20μm以上的大尺寸锆颗粒。
因此，有必要开发更有效的镁锆中间合金制备方法，以提高镁合金材料的性能水平。目前未发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超声处理制备镁锆中间合金的方法。本发明利用超声技术，制备镁锆中间合金，细化了生成的锆颗粒，提高了镁锆中间合金的细化能力，从而提高了镁合金材料的性能水平。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，包括以下步骤：
A、将工业镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾均匀混合后覆盖在工业镁的上部；
B、熔化坩埚内的盐和工业镁后，进行机械搅拌或人工自由搅拌，形成熔体；
C、对熔体进行超声处理；
D、将经步骤C处理后的熔体浇注铸锭，冷却直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。
所述工业镁为99.9％的纯镁。
优选地，所述的步骤A中，锆氟酸钾与工业镁的重量比按照锆Zr生成重量比为20～30％配制。
优选地，所述的步骤A中，氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
优选地，步骤B中，所述熔化温度为850～900℃。
优选地，步骤B中，所述机械搅拌或人工自由搅拌时间为60～90min。
优选地，步骤C中，所述的熔体温度保持850～900℃，所述超声处理的超声波频率为20±1kHz，功率为1KW～10KW，处理时间为5～20min。
本发明采用超声处理技术对熔体进行处理，能极大的提高镁熔体与熔盐的接触，加速还原反应进程的同时，细化生成锆的尺寸。
优选地，步骤D中，所述的冷却过程中还包括对铸锭进行超声处理，直至铸锭完全凝固。本发明在冷却过程中对铸锭进行超声处理，能使反应末期生成的锆颗粒进一步细化，从而进一步提高中间合金锆颗粒的细化程度。
优选地，所述对铸锭进行超声处理的超声波频率为20±1kHz，功率为1KW～10KW。
本发明的镁锆中间合金中锆的生成实际上是一种还原反应，超声可以加速化学反应，提高反应产率，降低反应条件，因此超声对镁锆中间合金的锆颗粒可具有良好的控制作用。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明利用超声技术，制备镁锆中间合金，细化了生成的锆颗粒，其锆颗粒尺寸可实现5μm以下的占90％以上，提高了镁锆中间合金的细化能力，从而提高了镁合金材料的性能水平。
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。
实施例1
本实施例提供了一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，具体步骤如下：
(1)将工业纯镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾等盐均匀混合，覆盖在工业纯镁的上部，其中锆氟酸钾与工业纯镁的重量比按照Zr生成重量比为20％配制；所述氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
(2)升温熔化坩埚内的盐和工业纯镁，达到850℃后进行机械搅拌或人工自由搅拌，搅拌时间60min，获得熔体；
(3)在850℃保温，对熔体进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz。功率为1KW，处理时间为5min；
(4)将超声处理后的熔体浇注铸锭，冷却过程中对铸锭进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz，功率为1KW，直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。
实施例2
本实施例提供了一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，具体步骤如下：
(1)将工业纯镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾等盐均匀混合，覆盖在工业纯镁的上部，其中锆氟酸钾与工业纯镁的重量比按照Zr生成重量比为25％配制；所述氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
(2)升温熔化坩埚内的盐和工业纯镁，达到875℃后进行机械搅拌或人工自由搅拌，搅拌时间75min，获得熔体；
(3)在875℃保温，对熔体进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz。功率为5KW，处理时间为10min；
(4)将超声处理后的熔体浇注铸锭，冷却过程中对铸锭进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz，功率为5KW，直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。
实施例3
本实施例提供了一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，具体步骤如下：
(1)将工业纯镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾等盐均匀混合，覆盖在工业纯镁的上部，其中锆氟酸钾与工业纯镁的重量比按照Zr生成重量比为30％配制；所述氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
(2)升温熔化坩埚内的盐和工业纯镁，达到900℃后进行机械搅拌或人工自由搅拌，搅拌时间90min，获得熔体；
(3)在900℃保温，对熔体进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz。功率为10KW，处理时间为20min；
(4)将超声处理后的熔体浇注铸锭，冷却过程中对铸锭进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz，功率为10KW，直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。
实施例4
本实施例提供了一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，具体步骤如下：
(1)将工业纯镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾等盐均匀混合，覆盖在工业纯镁的上部，其中锆氟酸钾与工业纯镁的重量比按照Zr生成重量比为30％配制；所述氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
(2)升温熔化坩埚内的盐和工业纯镁，达到900℃后进行机械搅拌或人工自由搅拌，搅拌时间60min，获得熔体；
(3)在900℃保温，对熔体进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz。功率为10KW，处理时间为20min；
(4)将超声处理后的熔体浇注铸锭，冷却过程中对铸锭进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz，功率为1KW，直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。
对比例1
本对比例提供了一种制备镁锆中间合金的方法，具体步骤如下：
(1)将工业纯镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾等盐均匀混合，覆盖在工业纯镁的上部，其中锆氟酸钾与工业纯镁的重量比按照Zr生成重量比为30％配制；所述氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
(2)升温熔化坩埚内的盐和工业纯镁，达到900℃后进行机械搅拌或人工自由搅拌，搅拌时间60min，获得熔体；
(3)将熔体浇注铸锭，冷却直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。
对比例2
本实施例提供了一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，具体步骤如下：
(1)将工业纯镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾等盐均匀混合，覆盖在工业纯镁的上部，其中锆氟酸钾与工业纯镁的重量比按照Zr生成重量比为25％配制；所述氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
(2)升温熔化坩埚内的盐和工业纯镁，达到875℃后进行机械搅拌或人工自由搅拌，搅拌时间75min，获得熔体；
(3)将熔体浇注铸锭，冷却过程中对铸锭进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz，功率为5KW，直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。
对比例3
本对比例提供了一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，具体步骤如下：
(1)将工业纯镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾等盐均匀混合，覆盖在工业纯镁的上部，其中锆氟酸钾与工业纯镁的重量比按照Zr生成重量比为30％配制；所述氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
(2)升温熔化坩埚内的盐和工业纯镁，达到850℃后进行机械搅拌或人工自由搅拌，搅拌时间90min，获得熔体；
(3)在850℃保温，对熔体进行超声处理，超声处理所用超声波频率为15±1kHz。功率为15KW，处理时间为25min；
(4)将超声处理后的熔体浇注铸锭，冷却过程中对铸锭进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz，功率为10KW，直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。
对比例4
本对比例提供了一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，具体步骤如下：
(1)将工业纯镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾等盐均匀混合，覆盖在工业纯镁的上部，其中锆氟酸钾与工业纯镁的重量比按照Zr生成重量比为40％配制；所述氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
(2)升温熔化坩埚内的盐和工业纯镁，达到850℃后进行机械搅拌或人工自由搅拌，搅拌时间60min，获得熔体；
(3)在850℃保温，对熔体进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz。功率为5KW，处理时间为10min；
(4)将超声处理后的熔体浇注铸锭，冷却过程中对铸锭进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz，功率为10KW，直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。
对比例5
本对比例提供了一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，具体步骤如下：
(1)将工业纯镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾等盐均匀混合，覆盖在工业纯镁的上部，其中锆氟酸钾与工业纯镁的重量比按照Zr生成重量比为15％配制；所述氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
(2)升温熔化坩埚内的盐和工业纯镁，达到875℃后进行机械搅拌或人工自由搅拌，搅拌时间75min，获得熔体；
(3)在875℃保温，对熔体进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz。功率为5KW，处理时间为10min；
(4)将超声处理后的熔体浇注铸锭，冷却过程中对铸锭进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz，功率为10KW，直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。
对比例6
本对比例提供了一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，具体步骤如下：
(1)将工业纯镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾等盐均匀混合，覆盖在工业纯镁的上部，其中锆氟酸钾与工业纯镁的重量比按照Zr生成重量比为40％配制；所述氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
(2)升温熔化坩埚内的盐和工业纯镁，达到850℃后进行机械搅拌或人工自由搅拌，搅拌时间90min，获得熔体；
(3)在850℃保温，对熔体进行超声处理，超声处理所用超声波频率为20±1kHz。功率为5KW，处理时间为10min；
(4)将超声处理后的熔体浇注铸锭，冷却过程中对铸锭进行超声处理，超声处理所用超声波频率为25±1kHz，功率为15KW，直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金。
实施例1～4和对比例1～6制备得到的镁锆中间合金的性能测试结果如表1所示。
表1制备得到的镁锆中间合金的锆颗粒粒径dZr分布百分比
由表1的结果可知，本发明实施例获得的镁锆中间合金的锆颗粒细小，大量粒径小于5μm的锆颗粒可对含锆镁合金实现更为有效的晶粒细化。
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 (4)

1.一种超声处理制备镁锆中间合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将工业镁置于坩埚底部，将氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾均匀混合后覆盖在工业镁的上部；
B、熔化坩埚内的盐和工业镁后，进行机械搅拌或人工自由搅拌，形成熔体；
C、对熔体进行超声处理；
D、将经步骤C处理后的熔体浇注铸锭，冷却直至铸锭完全凝固，得到镁锆中间合金；
所述的步骤A中，锆氟酸钾与工业镁的重量比按照锆生成重量比为25～30％配制；
步骤C中，所述的熔体温度保持850～900℃，所述超声处理的超声波频率为20±1kHz，功率为1kW～10kW，处理时间为5～20min；
步骤D中，所述的冷却过程中还包括对铸锭进行超声处理，直至铸锭完全凝固；所述对铸锭进行超声处理的超声波频率为20±1kHz，功率为1～10kW。
2.如权利要求1所述的超声处理制备镁锆中间合金的方法，其特征在于，所述的步骤A中，氯化钠、氯化钾、锆氟酸钾的重量比为1：1：(2～2.5)。
3.如权利要求1所述的超声处理制备镁锆中间合金的方法，其特征在于，步骤B中，所述熔化温度为850～900℃。
4.如权利要求1所述的超声处理制备镁锆中间合金的方法，其特征在于，步骤B中，所述机械搅拌或人工自由搅拌时间为60～90min。
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