CN107142395B - 一种Zn-Mg-Ti中间合金及用于制备Mg-Zn系镁合金的方法 - Google Patents

一种Zn-Mg-Ti中间合金及用于制备Mg-Zn系镁合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种Zn‑Mg‑Ti中间合金及用于制备Mg‑Zn系镁合金的方法，Zn‑Mg‑Ti中间合金是以工业纯锌、纯镁及钛粉为原料，采用铸造方法获得成分范围为Ti3~5wt%、Mg12~14wt%、余量为Zn的Zn‑Mg‑Ti中间合金。该合金熔点在720℃左右，非常适合于添加于镁熔体中，克服了由于Ti的熔点远高于镁的沸点及Ti在镁中的固溶度很低而造成的Ti添加难度大和工艺复杂的问题，从而在Mg‑Zn系合金中成功实现了Ti的微合金化改性。该中间合金的加入，不仅有效细化了Mg‑Zn合金晶粒，而且所得到的Mg‑Zn‑Ti镁合金中的α‑ Mg+ MgZn2共晶相的数量大大减少，合金的塑性和耐腐蚀性能明显提高。

Description

一种Zn-Mg-Ti中间合金及用于制备Mg-Zn系镁合金的方法
技术领域
本发明属于镁合金熔铸技术领域，特别是涉及一种Zn-Mg-Ti中间合金及用于制备Mg-Zn系镁合金的方法。
背景技术
Mg-Zn系合金是一类重要的商用镁合金，该类合金由于MgZn2相的时效析出强化使合金具有较高的强度，属高强镁合金。二元Mg-Zn合金由于晶粒粗大、铸造热裂倾向严重，目前商用Mg-Zn系合金中通常加入微量Zr细化晶粒和改善铸造性能，形成Mg-Zn-Zr三元合金，其典型牌号为ZK60（4.8~6.2wt%Zn, 0.45~0.8wt%Zr，余量Mg）。Mg-Zn-Zr合金凝固结晶时，Zr首先从镁熔体中析出并作为随后结晶的α- Mg固溶体的形核基底、细化Mg晶粒，在凝固结晶后期，形成α- Mg+ MgZn2离异共晶。Mg-Zn-Zr合金中大量该低熔点共晶相的存在，不仅导致合金塑性成形性能恶化，而且由于共晶相与基体相之间的电位差形成的原电池反应，加剧了镁的腐蚀，降低了镁合金的耐腐蚀性能。如何在保持Mg-Zn系高强度的同时，改善合金的塑性和耐腐蚀性能，是镁合金应用中面临的重要问题之一。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种Zn-Mg-Ti中间合金及用于制备Mg-Zn系镁合金的方法。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种Zn-Mg-Ti中间合金，其特征在于，以工业纯锌、纯镁及钛粉为原料，其重量百分比为：Ti3~5wt%，Mg12~14wt%，余量为Zn。
进一步，所述Zn-Mg-Ti中间合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）采用将钛粉夹于两层锌块之间的布料方式，将锌和钛粉置于坩埚炉内，在CO2+SF6混合气体保护气氛下，升温至500~600℃，使锌全部熔化，并适当搅拌；
（2）在熔体中加入纯镁，继续升温至720~780℃，待镁全部熔化后保温30~60min，保温期间每间隔10~15min搅拌一次，然后加入精炼剂除渣精炼；
（3）将合金熔体浇注成型即得Zn-Mg-Ti中间合金。
进一步，所述Zn-Mg-Ti中间合金用于制备Mg-Zn系镁合金的方法，包括以下步骤：
（1）在CO2+SF6混合气体保护气氛下，于坩埚炉中加热熔化工业纯镁，保温5~10min，扒渣；
（2）调整坩埚炉温至700~740℃，加入上述Zn-Mg-Ti中间合金，加入量为6~8 wt%；待全部熔化后，搅拌，保温10~40min，然后加入精炼剂除渣精炼；
（3）将合金熔体浇注于预热至~350℃的模具中，获得Mg-Zn-Ti镁合金。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的Zn-Mg-Ti中间合金，在所述成分范围内形成Zn-Mg-Ti三元相，其熔点在720℃左右（在所述成分范围内视成分不同稍有差异），非常适合于添加于镁熔体中，克服了由于Ti的熔点远高于镁的沸点及Ti在镁中的固溶度很低而造成的Ti添加难度大和工艺复杂的问题，从而在Mg-Zn系合金中成功实现了Ti的微合金化改性。
2、由于Zn-Mg-Ti中间合金的加入，不仅有效细化了Mg-Zn合金晶粒，而且改变了合金的凝固路径，使得所得到的Mg-Zn-Ti镁合金中的α- Mg+ MgZn2共晶相的数量大大减少，合金的塑性和耐腐蚀性能明显提高。与Mg-Zn-Zr合金不同，Mg-Zn-Ti合金中的α- Mg+MgZn2共晶相的数量大大减少，这一方面减轻了共晶相带来的腐蚀问题，另一方面改善了塑性，与此同时，Zn元素更多的溶解于镁基体中，可以提高时效析出MgZn2相带来的强化效果，有利于合金强度的提升。
3、本发明提供的Zn-Mg-Ti中间合金及用于制备Mg-Zn系镁合金的方法，采用Ti对Mg-Zn系合金进行微合金化改性，不仅可以起到商用合金中添加Zr的晶粒细化作用，还具有Ti的性能特点所带来的优势，包括密度小、耐蚀性强等，因而改善了Mg-Zn系镁合金的耐腐蚀性能。结果表明，与ZK60镁合金相比，本发明提供的Mg-Zn-Ti合金的塑性延伸率提高了25~75%，而腐蚀速度降低。
附图说明
图1（a）和（b）是含锌量相同的Mg-Zn二元和Mg-Zn-Ti三元镁合金均匀化态的金相显微组织照片。
图2是本发明实施例1和实施例2获得的Mg-Zn-Ti合金以及商用ZK60镁合金在3.5%NaCl溶液中的析氢速度曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
一种Zn-Mg-Ti中间合金，以工业纯锌、纯镁及钛粉为原料，其重量百分比为：Ti4.6%，Mg12.8%，余量为Zn。
采用将钛粉夹于两层锌块之间的布料方式，将锌和钛粉置于坩埚炉内，在CO2+SF6混合气体保护气氛下，升温至500℃，使锌全部熔化，并适当搅拌；然后，在熔体中加入纯镁，继续升温至720℃，待镁全部熔化后保温40min，保温期间每间隔约10min搅拌一次，然后加入精炼剂除渣精炼；最后，将合金熔体浇注成型即得Zn-Mg-Ti中间合金。
本发明提供的将该Zn-Mg-Ti中间合金用于制备Mg-Zn系镁合金的方法，首先，在CO2+SF6混合气体保护气氛下，于坩埚炉中加热熔化工业纯镁，保温5min，扒渣；接着，调整坩埚炉温至720℃，加入上述Zn-Mg-Ti中间合金，加入量为7.5 wt%；待全部熔化后，搅拌，保温30min，然后加入精炼剂除渣精炼；最后，将合金熔体浇注于预热至~350℃的模具中，获得成分为Mg-6.2wt%Zn-0.35wt%Ti的Mg-Zn-Ti三元镁合金。
实施例2：
一种Zn-Mg-Ti中间合金，以工业纯锌、纯镁及钛粉为原料，其重量百分比为：Ti3.4%，Mg13.6%，余量为Zn。
采用将钛粉夹于两层锌块之间的布料方式，将锌和钛粉置于坩埚炉内，在CO2+SF6混合气体保护气氛下，升温至600℃，使锌全部熔化，并适当搅拌；然后，在熔体中加入纯镁，继续升温至780℃，待镁全部熔化后保温60min，保温期间每间隔约15min搅拌一次，然后加入精炼剂除渣精炼；最后，将合金熔体浇注成型即得Zn-Mg-Ti中间合金。
本发明提供的将该Zn-Mg-Ti中间合金用于制备Mg-Zn系镁合金的方法，首先，在CO2+SF6混合气体保护气氛下，于坩埚炉中加热熔化工业纯镁，保温10min，扒渣；接着，调整坩埚炉温至735℃，加入上述Zn-Mg-Ti中间合金，加入量为6 wt%；待全部熔化后，搅拌，保温10min，然后加入精炼剂除渣精炼；最后，将合金熔体浇注于预热至~350℃的模具中，获得成分为Mg-5.0wt%Zn-0.28wt%Ti的Mg-Zn-Ti三元镁合金。
本发明提供的Zn-Mg-Ti中间合金，成功实现了Mg-Zn系合金的Ti微合金化改性，有效细化了Mg-Zn合金晶粒，附图1（a）和（b）分别是含锌量相同的Mg-Zn二元和Mg-Zn-Ti三元镁合金均匀化态的金相显微组织照片，照片显示，与Mg-Zn合金相比，Mg-Zn-Ti合金的晶粒尺寸明显细化；从组织照片中还可以观察到，Mg-Zn-Ti合金中的第二相数量明显少于Mg-Zn合金，说明Ti微合金化改性明显减少了α- Mg+ MgZn2共晶相的数量、有助于促进Zn在基体中的溶解。这不仅有助于改善合金的耐腐蚀性能，还可以提高合金的塑性。
为了进一步说明该效果，将本发明实施例1和实施例2获得的Mg-Zn-Ti合金，以及商用ZK60合金，在3.5%NaCl溶液中浸泡，测定各合金的析氢速度曲线，如附图2所示。从图2可以看出，ZK60镁合金的腐蚀速度最大，而本发明实施例1和实施例2获得的Mg-Zn-Ti合金，其腐蚀速度均有不同程度的降低，表明合金的耐腐蚀性能得到了改善。同时，对合金经过相同的热挤压制备成棒材，测试合金棒材的力学性能。结果表明，与ZK60镁合金相比，本发明提供的Mg-Zn-Ti合金的塑性延伸率提高了25~75%。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种Zn-Mg-Ti中间合金，其特征在于，以工业纯锌、纯镁及钛粉为原料，其重量百分比为：Ti3~5wt%，Mg12~14wt%，余量为Zn；
所述Zn-Mg-Ti中间合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）采用将钛粉夹于两层锌块之间的布料方式，将锌和钛粉置于坩埚炉内，在CO2+SF6混合气体保护气氛下，升温至500~600℃，使锌全部熔化，并适当搅拌；
（2）在熔体中加入纯镁，继续升温至720~780℃，待镁全部熔化后保温30~60min，保温期间每间隔10~15min搅拌一次，然后加入精炼剂除渣精炼；
（3）将合金熔体浇注成型即得Zn-Mg-Ti中间合金。
2.如权利要求1所述Zn-Mg-Ti中间合金，其特征在于，Zn-Mg-Ti中间合金用于制备Mg-Zn系镁合金的方法，包括以下步骤：
（1）在CO2+SF6混合气体保护气氛下，于坩埚炉中加热熔化工业纯镁，保温5~10min，扒渣；
（2）调整坩埚炉温至700~740℃，加入上述Zn-Mg-Ti中间合金，加入量为6~8 wt%；待全部熔化后，搅拌，保温10~40min，然后加入精炼剂除渣精炼；
（3）将合金熔体浇注于预热至~350℃的模具中，获得Mg-Zn-Ti镁合金。
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