CN111471886A - 一种抗热裂铸造镁合金的制备方法和应用 - Google Patents

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王晓军
李雪健
周海涛
田莹
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Abstract

一种抗热裂铸造镁合金的制备方法和应用，它涉及有色金属材料制造领域，本发明为了解决镁合金由于结晶温度间隔大，体收缩和线收缩大，流动性低，热烈倾向明显，从而导致铸件废品率高的问题。首先将镁合金在六氟化硫和二氧化碳的混合气氛的保护下在坩埚中加热融化，利用原位自生法或外加法在镁合金熔体内部加入分散性良好的石墨烯。然后利用传统的铸造工艺获得所需的构件。提供一种能够解决镁合金铸件热裂现象明显废品率高的问题，可应用于大规模工业化铸造大型复杂构件。本发明应用于有色金属材料制造领域。

Description

一种抗热裂铸造镁合金的制备方法和应用
技术领域
本发明涉及有色金属材料制造领域，具体涉及铸造镁合金的制备方法和应用。
背景技术
镁合金具有高比强度高，高比刚度良，在汽车，3C，航空航天等行业有着广泛的应用前景。相比于变形镁合金，铸造镁合金可以制备出复杂形状构件，成本低，具有更广泛的应用前景。但是由于镁合金结晶温度间隔大，当铸件各部位的凝固温度和凝固速度不同时，铸件内部会产生较大的铸造热应力，有很强的热烈倾向，从而导致铸件废品率高。因此减少镁合金铸造缺陷，提高铸件质量，有效抑制镁合金热裂有具大的工程实际意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决镁合金铸造过程中热烈倾向明显，从而导致铸件废品率高的问题，而提供一种能够解决上述问题无热烈铸造镁合金的制备方法，该方法是一种工艺简单、效果显著，可应用于大规模应用于镁合金铸造领域。
本发明的一种抗热裂铸造镁合金的制备方法，它包括以下步骤：
一、选择镁合金体系，将合金在熔点以上30～100℃加热熔化，得镁合金熔体；
二、利用原位自生或外加法将石墨烯引入到镁合金熔体中，使镁合金熔体中石墨烯含量在0.01-1wt.％；
三、将步骤二中反应得到的镁合金熔体进行铸造，得到镁合金铸件。
本发明的抗热裂铸造镁合金，它用于制造汽车轮毂。
本发明主要有以下优势：通过在铸造镁合金中添加石墨烯，由于石墨烯的面热膨胀系数为负值，而镁合金热膨胀系数为正值，通过镁合金的添加可以有效的缓解镁合金的热应力。同时石墨烯具有超高的热导率，石墨烯的引入后可以使镁合金在凝固过程中铸件内部与外部温度差减小，从而有效的抑制镁合金的热裂纹的产生。这有利于解决镁合金铸件成品率低，能够显著降低镁合金大型铸件的成本，有巨大的工程实际意义。
本发明制备的关键在于必须制备出分散性良好的石墨烯，能够更加有效的抑制热裂纹的产生，还能够避免因团聚而大幅度削弱铸件的力学性能。
附图说明
图1是本发明在制备铸件的光学显微图像(a)加入石墨烯前(b)加入石墨烯后；
图2是本发明在制备铸件中后的SEM图像(a)加入石墨烯前(b)加入石墨烯后；
图3是本发明在制备铸件中加入石墨烯超声后的SEM图像。
图4是本发明在制备铸件中加入石墨烯后力学性能对比；其中，(1)为未加入石墨烯，(2)为加入石墨烯。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种抗热裂铸造镁合金的制备方法，它包括以下步骤：
一、选择镁合金体系，将合金在熔点以上30～100℃加热熔化，得镁合金熔体；
二、利用原位自生或外加法将石墨烯引入到镁合金熔体中，使镁合金熔体中石墨烯含量在0.1-1wt.％区间；
三、将步骤二中反应得到的镁合金熔体进行铸造，得到镁合金铸件。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的镁合金为ZK60镁合金。
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：步骤一中将合金在熔点以上30～100℃、六氟化硫和二氧化碳(六氟化硫的体积分数为2.4％)的混合气氛下保护条件下加热熔化。
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：步骤一中将合金在熔点以上50～100℃条件下加热熔化。
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：步骤二中所述的原位自生是向镁合金熔体通入99.99％高纯二氧化碳气体(流速1-5L/min，反应温度：640-700℃)，进行镁热还原反应，反应生成的石墨烯含量在0.01-1wt.％范围内。
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：步骤二中所述的外加法是向镁合金熔体加入石墨烯，使镁合金熔体中石墨烯含量在0.01-1wt.％范围内。
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：步骤二中所述的利用原位自生或外加法将石墨烯引入到镁合金熔体中，在引入的同时进行机械搅拌或者电磁搅拌。
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的超声机械搅拌条件为：搅拌速度为300r/min,搅拌时间5min。
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的超声作用条件为超声波功率20MHz,超声时间10min。。
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式的一种抗热裂铸造镁合金的应用，它用于汽车轮毂制造。
通过下面实施例验证本发明的有益效果：
实施例1
本实施例的一种抗热裂铸造镁合金及其制备方法：
一、将ZK61镁合金在720℃加热熔化；
二、将流速为1L/min CO2气体引入到镁合金熔体中，将二氧化碳转化为石墨烯，在镁中生成含量为0.1wt.％石墨烯。
三、将步骤二中反应得到的含石墨烯的镁合金熔体进行金属模空冷凝固，得到无热裂的镁合金铸件。
本实施例制备铸件中加入石墨烯前后的光学显微图像对比如图1，可以看出由于石墨烯的引入，有效的缓解了热应力，使得铸件的有贯穿性的裂纹转变为无裂纹。
实施例2：
本实施例的一种抗热裂铸造镁合金及其制备方法：
一、将Z6镁合金在720℃加热熔化；
二、将流速为1L/min CO2气体引入到镁合金熔体中，将二氧化碳转化为石墨烯，在镁中生成含量为0.01wt.％石墨烯。
三、将步骤二中反应得到的含石墨烯的镁合金熔体进行金属模空冷凝固，得到无热裂的镁合金铸件。
图2是本实施例制备在熔体中加入石墨烯后的铸件SEM图像，可以看出由于石墨烯的引入，一些更加细小的微裂纹也明显消失。
实施例3：
本实施例的含三维网络石墨烯的镁合金增材制造丝材制备方法如下：
一、将ZK61镁合金在720℃加热熔化；
二、将含量为0.1wt.％石墨烯加入到镁合金熔体，在此过程中对熔体进行高能超声波处理20min。
三、将步骤二中反应得到的含石墨烯的镁合金熔体进行金属模空冷凝固，得到无热裂的镁合金铸件。
图3是本实施例制备在熔体中加入石墨烯后的铸件SEM图像，可以看出由于高能超声波的引入使石墨烯分散均匀，铸件中无热裂纹存在。
图4是本实施例制备在熔体中加入本实施例步骤二所述的石墨烯后的铸件力学性能对比，可以看出由于高能超声波的引入使石墨烯分散均匀，铸件中无热裂纹存在。相较于未加入石墨烯(其它操作步骤与本实施相同)的铸件，石墨烯均匀引入铸件后材料的屈服强度和抗拉强度均得到了提高。说明通过消除材料的热裂纹后，一方面可以获得表面质量较好的铸件，同时可以改善其机械性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗热裂铸造镁合金的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
一、选择镁合金体系，将合金在熔点以上30～100℃加热熔化，得镁合金熔体；
二、利用原位自生或外加法将石墨烯引入到镁合金熔体中，使镁合金熔体中石墨烯含量在0.01-1wt.％；
三、将步骤二中反应得到的镁合金熔体进行铸造，得到镁合金铸件。
2.根据权利要求1所述的一种抗热裂铸造镁合金的制备方法，其特征在于，所述的镁合金为ZK60镁合金。
3.根据权利要求1所述的一种抗热裂铸造镁合金的制备方法，其特征在于，步骤一中将合金在熔点以上30～100℃、六氟化硫和二氧化碳的混合气氛下保护条件下加热熔化，其中，六氟化硫的体积分数为2.4％。
4.根据权利要求1或3所述的一种抗热裂铸造镁合金的制备方法，其特征在于，步骤一中将合金在熔点以上50～100℃条件下加热熔化。
5.根据权利要求1所述的一种抗热裂铸造镁合金的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的原位自生反应是向镁合金熔体通入二氧化碳气体，进行镁热还原反应，反应生成的石墨烯含量在0.01-1wt.％；其中，二氧化碳气体的流速1-5L/min，反应温度：640-700℃。
6.根据权利要求1所述的一种抗热裂铸造镁合金的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的外加法是向镁合金熔体加入石墨烯，石墨烯含量范围应在0.01-1wt.％区间。
7.根据权利要求1所述的一种抗热裂铸造镁合金的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的利用原位自生或外加法将石墨烯引入到镁合金熔体中，在引入的同时进行机械搅拌或者超声作用。
8.根据权利要求7所述的一种抗热裂铸造镁合金的制备方法，其特征在于，所述的机械搅拌条件为：搅拌速度为300r/min,搅拌时间5min。
9.根据权利要求7所述的一种抗热裂铸造镁合金的制备方法，其特征在于，所述的超声作用条件为：超声波功率20MHz,超声时间10min。
10.如权利要求1所述的一种抗热裂铸造镁合金的应用，其特征在于，它用于制造汽车轮毂。
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