CN114058915A - 稀土掺杂的铝镁合金制品及其制备工艺 - Google Patents

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章高伟
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Abstract

本发明公开了稀土掺杂的铝镁合金制品及其制备工艺，其中，铝镁合金制品按重量百分比包括以下成分：Mg4‑10％、Zn0.6‑1.2％、Mn0.25‑0.35％、Cu0.2‑0.4％、Cr0.02‑0.04％、Si0.035‑0.045％、稀土元素RE0.4‑0.6％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。在金属熔体浇注的过程中施加脉冲电流，对金属凝固组织具有显著的细化作用，得到的铸锭的力学性能显著提高。进一步，稀土元素镧和铈的添加，使晶界处和晶粒内形成了Al‑RE金属间化合物，这些化合物在晶界处起到钉扎位错的作用，在晶粒内起到促进晶粒形核的作用，进一步强化铝镁合金。

Description

稀土掺杂的铝镁合金制品及其制备工艺
技术领域
本发明涉及铝镁合金技术领域，尤其涉及稀土掺杂的铝镁合金制品及其制备工艺。
背景技术
能源、安全、环保是关系到人类生存和发展的三大关键问题，铝材具有密度小、比强度和比刚度高，耐腐蚀，美观耐用，易成形，可表面处理，可回收再生，可节能储能等一系列优良性能，推广应用铝材是缓解上述三大问题的重要途径。因此铝材越来越受到人们的青睐，其应用已经普及到国民经济各部门和人们生活各方面，在很多场合已经代替了钢材，铜材，木材和塑料，成为人类社会的一种重要基础材料。其中，铝镁合金通常是指以镁为主要添加元素的铝合金，具有强度高，密度小，散热好等优点，广泛用于电子，汽车，航天等领域。如何设计一种稀土掺杂的铝镁合金制品及其制备工艺是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供稀土掺杂的铝镁合金制品及其制备工艺。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
稀土掺杂的铝镁合金制品，按重量百分比包括以下成分：Mg4-10％、Zn0.6-1.2％、Mn0.25-0.35％、Cu0.2-0.4％、Cr0.02-0.04％、Si0.035-0.045％、稀土元素RE0.4-0.6％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
作为上述技术方案的改进，所述的稀土掺杂的铝镁合金制品，按重量百分比包括以下成分：Mg4％、Zn0.6％、Mn0.25％、Cu0.2％、Cr0.02％、Si0.035％、稀土元素RE0.4％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
作为上述技术方案的改进，所述的稀土掺杂的铝镁合金制品，按重量百分比包括以下成分：Mg7％、Zn0.9％、Mn0.30％、Cu0.3％、Cr0.03％、Si0.040％、稀土元素RE0.5％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
作为上述技术方案的改进，所述的稀土掺杂的铝镁合金制品，按重量百分比包括以下成分：Mg10％、Zn1.2％、Mn0.35％、Cu0.4％、Cr0.04％、Si0.045％、稀土元素RE0.6％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
一种稀土掺杂的铝镁合金制品的制备方法，包括以下步骤：
Ⅰ根据铝合金材料中各元素配比准备配料；
Ⅱ在比由铝合金材料的组成确定的液相线温度高20℃以上的温度下，将准备的配料熔融以获得金属熔体；
Ⅲ对上述金属熔体进行炉内精炼，往金属熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，金属熔体精炼在封闭环境中操作；
Ⅳ精炼后打渣、静置，倾倒出炉，在线除气、除渣处理；
Ⅴ浇注，在浇注的过程中施加脉冲电流，施加脉冲电流密度为5.5×106A/m2；
Ⅵ均质化处理。
本发明的优点在于：在金属熔体浇注的过程中施加脉冲电流，对金属凝固组织具有显著的细化作用，得到的铸锭的力学性能显著提高。
进一步，稀土元素镧和铈的添加，使晶界处和晶粒内形成了Al-RE金属间化合物，这些化合物在晶界处起到钉扎位错的作用，在晶粒内起到促进晶粒形核的作用；稀土变质合金中的S纳米析出相更为细小弥散，使位错运动受到更大的阻碍，这就需要施加更高的应力才能驱动位错，从而使合金得到强化，而较粗大的T相为脆性相，在应力下容易产生断裂而形成裂纹源，变质合金中的T相数量减少，对合金的不利因素也随之降低，进一步强化铝镁合金。
附图说明
图1为浇注口处内嵌电刷的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
稀土掺杂的铝镁合金制品，按重量百分比包括以下成分：Mg4-10％、Zn0.6-1.2％、Mn0.25-0.35％、Cu0.2-0.4％、Cr0.02-0.04％、Si0.035-0.045％、稀土元素RE0.4-0.6％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
一种稀土掺杂的铝镁合金制品的制备方法，包括以下步骤：
Ⅰ根据铝合金材料中各元素配比准备配料；
Ⅱ在比由铝合金材料的组成确定的液相线温度高20℃以上的温度下，将准备的配料熔融以获得金属熔体；
Ⅲ对上述金属熔体进行炉内精炼，往金属熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，金属熔体精炼在封闭环境中操作；
Ⅳ精炼后打渣、静置，倾倒出炉，在线除气、除渣处理；
Ⅴ浇注，在浇注过程中施加脉冲电流，施加脉冲电流密度为5.5×106A/m2；
Ⅵ均质化处理。
参见图1，浇筑口内嵌电刷，电刷连接脉冲电源向模具浇筑口及模具内施加脉冲电流，使得浇注过程中施加脉冲电流包括两个阶段：一，在金属熔体从中间包浇入模具的过程中施加脉冲电流，可细化初生硅，增加形核质点数目，同时共晶组织中针状硅相形态比较细，金属熔体抗孕育衰退能力好，铸锭凝固后，柱状晶区缩小、等轴晶区扩大，晶粒得到很大程度的细化；二，金属熔体在模具中固化的过程中施加脉冲电流，可使凝固组织中初生硅转变为块状，长宽比显著减小，共晶Si呈短杆状，尺寸较小，对凝固组织有显著的细化作用；
同时，稀土元素La和Ce的添加，使晶界处和晶粒内形成了Al-RE金属间化合物，这些化合物在晶界处起到钉扎位错的作用，在晶粒内起到促进晶粒形核的作用；稀土变质合金中的S纳米析出相更为细小弥散，使位错运动受到更大的阻碍，这就需要施加更高的应力才能驱动位错，从而使合金得到强化，而较粗大的T相为脆性相，在应力下容易产生断裂而形成裂纹源，变质合金中的T相数量减少，对合金的不利因素也随之降低，进一步强化铝镁合金。
实施例1，稀土掺杂的铝镁合金制品，按重量百分比包括以下成分：Mg4％、Zn0.6％、Mn0.25％、Cu0.2％、Cr0.02％、Si0.035％、稀土元素RE0.4％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
实施例2，稀土掺杂的铝镁合金制品，按重量百分比包括以下成分：Mg7％、Zn0.9％、Mn0.30％、Cu0.3％、Cr0.03％、Si0.040％、稀土元素RE0.5％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
实施例3，稀土掺杂的铝镁合金制品，按重量百分比包括以下成分：Mg10％、Zn1.2％、Mn0.35％、Cu0.4％、Cr0.04％、Si0.045％、稀土元素RE0.6％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％
实施例1 483 307 11.8
实施例2 499 291 12.3
实施例3 469 306 13.7
从上表中可以看出，本发明的稀土掺杂的铝镁合金制品，其抗拉强度约在460-500MPa之间，屈服强度在290-310MPa之间，延伸率在11-14％之间；
而传统的铝镁合金制品，如5052铝板，其抗拉强度在170-305MPa之间，屈服强度在190-260MPa之间，延伸率在12％左右；再如，5083铝板，其抗拉强度在110-136MPa之间，屈服强度大于110MPa，延伸率大于20％；
通过上述数据可知，本发明的稀土掺杂的铝镁合金制品，抗拉强度比传统铝镁合金制品大约200MPa，区服强度大约100MPa，延伸率相当。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.稀土掺杂的铝镁合金制品，其特征在于，按重量百分比包括以下成分：Mg4-10％、Zn0.6-1.2％、Mn0.25-0.35％、Cu0.2-0.4％、Cr0.02-0.04％、Si0.035-0.045％、稀土元素RE0.4-0.6％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的稀土掺杂的铝镁合金制品，其特征在于，按重量百分比包括以下成分：Mg4％、Zn0.6％、Mn0.25％、Cu0.2％、Cr0.02％、Si0.035％、稀土元素RE0.4％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的稀土掺杂的铝镁合金制品，其特征在于，按重量百分比包括以下成分：Mg7％、Zn0.9％、Mn0.30％、Cu0.3％、Cr0.03％、Si0.040％、稀土元素RE0.5％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的稀土掺杂的铝镁合金制品，其特征在于，按重量百分比包括以下成分：Mg10％、Zn1.2％、Mn0.35％、Cu0.4％、Cr0.04％、Si0.045％、稀土元素RE0.6％，其中，稀土元素RE为La或者Ce，余量为Al和不可避免的杂质。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的稀土掺杂的铝镁合金制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
Ⅰ根据铝合金材料中各元素配比准备配料；
Ⅱ在比由铝合金材料的组成确定的液相线温度高20℃以上的温度下，将准备的配料熔融以获得金属熔体；
Ⅲ对上述金属熔体进行炉内精炼，往金属熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，金属熔体精炼在封闭环境中操作；
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