CN115747545B - 一种加压熔炼和自由流体快速冷却相结合的镁合金制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加压熔炼和自由流体快速冷却相结合的镁合金制备方法，其针对在微观组织结构和性能上的问题，采用加压熔炼和自由流体快速冷却相结合的制备方法，经混粉、球磨、加压熔炼、自由流体快速冷却，制得镁合金，提高了镁合金的力学性能。此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制得的镁合金的金相组织致密性好，无缩孔、缩松缺陷，金相组织规律排列，第二相表现出锯齿状形貌，平均硬度高达136.36HV，是先进的高硬度镁合金制备方法。

Description

一种加压熔炼和自由流体快速冷却相结合的镁合金制备方法

技术领域

本发明涉及一种加压熔炼和自由流体快速冷却相结合的镁合金制备方法，属于有色金属材料制备及应用的技术领域。

背景技术

随着航空航天、汽车工业和国防军工领域快速发展以及地球石油资源的急剧消耗，对于高硬度轻质的金属构件的需求越来越大。镁合金具有质量轻、比刚度高、耐磨损以及易于加工回收等特点，受到了越来越多研究人员的关注。

目前，常规的铸锭冶金技术生产的镁合金铸件容易出现多种缺陷，常见的有疏松、夹渣、裂纹、气孔及组织粗大等缺点，因此用常规铸锭冶金方法生产的镁合金压缩强度、高温热稳定性、断裂韧性等性能较差。

所以，为了提高镁合金的综合性能，研究新的制备工艺是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术的不足，采用加压熔炼和自由流体快速冷却相结合的制备方法，制得镁合金，以提高材料的力学性能。

本发明使用的化学物质材料为：镁粉、铝粉、锌粉、锰粉、硅粉、铜粉、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位

镁粉：Mg 固态粉体 50g±1g

铝粉：Al 固态粉体 4.5g±1g

锌粉：Zn 固态粉体 0.3g±0.1g

锰粉：Mn 固态粉体 0.1g±0.01g

硅粉：Si 固态粉体 0.015g±0.01g

铜粉：Cu 固态粉体 0.01g±0.001g

无水乙醇：C₂H₅OH 液态液体 100mL±50mL

制备方法如下：

1）准备工作

称取镁粉50g±1g、铝粉4.5g±1g、锌粉0.3g±0.1g、锰粉0.1g±0.01g、硅粉0.015g±0.01g、铜粉0.01g±0.001g，将所有粉体混合后倒入含酒精的超声波清洗机中清洗至少6min；

2）混粉

先将清洗后的粉体放入V型混粉机中，再通入氩气，然后进行混粉，混粉速率为400r/min，由此制得微合金化的混合粉体；

3）球磨

①将微合金化的混合粉体加入行星式球磨机的球磨罐中，球粉体积比为3:1；

②先对球磨罐抽真空，再充满氩气，然后进行球磨，球磨时间为100min，由此制得加强合金化的镁合金粉体；

4）加压熔炼

①将加强合金化的镁合金粉体放入加压熔炼炉的熔炼坩埚中，固定好熔炼坩埚后，关闭炉门；

②用真空泵抽出炉腔内的空气；

③启动加压熔炼炉的加压装置，对熔炼坩埚中的镁合金粉体进行加压，压强为50Mpa，得到镁合金固结粉体；

④启动加压熔炼炉的加热装置，使得镁合金固结粉体均速升温到1023k；

5）自由流体快速冷却

①随着温度的升高，镁合金固结粉体逐渐变为镁合金熔体；

②在持续加压状态下，镁合金熔体顺着排液孔被挤出；

③加热完毕后，冷却水循环装置对水箱进行快速降温；

④镁合金熔体流到盛有冷却水的水箱中，快速凝固成水滴状的镁合金块体；

6）清理、清洗

打开水箱取出镁合金块体，清洗镁合金块体表面；

7）检测、分析、表征

对镁合金块体的形貌、色泽、金相组织结构、力学性能进行检测、分析、表征；

用金相显微镜进行金相组织分析；

用维氏硬度计进行硬度分析；

结论：镁合金的金相组织致密性好，无缩孔、缩松缺陷，金相组织规律排列，第二相表现出锯齿状形貌，平均硬度高达136.36HV。

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，其针对在微观组织结构和性能上的问题，采用加压熔炼和自由流体快速冷却相结合的制备方法，经混粉、球磨、加压熔炼、自由流体快速冷却，制得镁合金，提高了镁合金的力学性能。此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制得的镁合金的金相组织致密性好，无缩孔、缩松缺陷，金相组织规律排列，第二相表现出锯齿状形貌，平均硬度高达136.36HV，是先进的高硬度镁合金制备方法。

附图说明

图1为加压熔炼和自由流体快速冷却相结合制备状态图。

图2为本发明制得的镁合金的金相显微组织形貌图。

图3为本发明制得的镁合金的局部放大微观形貌图。

图4为本发明制得的镁合金的硬度性能图。

图中所示，附图标记清单如下：

1-加压熔炼炉的炉体，2-加压熔炼炉的炉腔，3-加压熔炼炉的加热装置，4-加压熔炼炉的熔炼坩埚，5-镁合金粉体，6-系统控制柜，7-循环冷却水开关，8-散热风扇开关，9-循环冷却水控制柜，10-进水口，11-出水口，12-水箱，13-排液孔，14-冷却水，15-总电源开关，16-压力控制旋钮，17-真空泵，18-温度控制旋钮，19-时间控制旋钮，20-抽真空管，21-抽真空阀，22-破真空阀，23-加压熔炼炉的加压装置。

实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，为加压熔炼和自由流体快速冷却相结合制备状态图；

整套设备包括加压熔炼炉；

加压熔炼炉的炉体1上设有破真空阀22；

加压熔炼炉的熔炼坩埚4上设有排液孔13；排液孔13的正下方设有水箱12；水箱12中盛有冷却水14，水箱12上分别设有进水口10、出水口11；

加压熔炼炉的炉体1的下方分别设有冷却水循环装置、系统控制柜6；冷却水循环装置包括循环冷却水控制柜9；循环冷却水控制柜9上分别设有循环冷却水开关7、散热风扇开关8；进水口10、出水口11均与循环冷却水控制柜9连通；系统控制柜6上分别设有总电源开关15、压力控制旋钮16、温度控制旋钮18、时间控制旋钮19；

加压熔炼炉的炉体1的右方分别设有真空泵17、抽真空管20；真空泵17通过抽真空管20与加压熔炼炉的炉腔2连通；抽真空管20上设有抽真空阀21；

图2所示，为本发明制得的镁合金的金相显微组织形貌图；如图所示，本发明制得的镁合金的金相组织致密性好，无缩孔、缩松缺陷，金相组织规律排列，第二相表现出锯齿状形貌。

图3所示，为本发明制得的镁合金的局部放大微观形貌图，具体为镁基体与第二相相接触部位的形貌。

图4所示，为本发明制得的镁合金的硬度性能图；如图所示，本发明制得的镁合金的平均硬度高达136.36HV。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和本质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种加压熔炼和自由流体快速冷却相结合的镁合金制备方法，其特征在于：

使用的化学物质材料为：镁粉、铝粉、锌粉、锰粉、硅粉、铜粉、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位

镁粉：Mg 固态粉体 50g±1g

铝粉：Al 固态粉体 4.5g±1g

锌粉：Zn 固态粉体 0.3g±0.1g

锰粉：Mn 固态粉体 0.1g±0.01g

硅粉：Si 固态粉体 0.015g±0.01g

铜粉：Cu 固态粉体 0.01g±0.001g

无水乙醇：C₂H₅OH 液态液体 100mL±50mL

制备方法如下：

1）准备工作

称取镁粉50g±1g、铝粉4.5g±1g、锌粉0.3g±0.1g、锰粉0.1g±0.01g、硅粉0.015g±0.01g、铜粉0.01g±0.001g，将所有粉体混合后倒入含酒精的超声波清洗机中清洗至少6min；

2）混粉

先将清洗后的粉体放入V型混粉机中，再通入氩气，然后进行混粉，混粉速率为400r/min，由此制得微合金化的混合粉体；

3）球磨

①将微合金化的混合粉体加入行星式球磨机的球磨罐中，球粉体积比为3:1；

②先对球磨罐抽真空，再充满氩气，然后进行球磨，球磨时间为100min，由此制得加强合金化的镁合金粉体；

4）加压熔炼

①将加强合金化的镁合金粉体放入加压熔炼炉的熔炼坩埚中，固定好熔炼坩埚后，关闭炉门；

②用真空泵抽出炉腔内的空气；

③启动加压熔炼炉的加压装置，对熔炼坩埚中的镁合金粉体进行加压，压强为50Mpa，得到镁合金固结粉体；

④启动加压熔炼炉的加热装置，使得镁合金固结粉体均速升温到1023k；

5）自由流体快速冷却

①随着温度的升高，镁合金固结粉体逐渐变为镁合金熔体；

②在持续加压状态下，镁合金熔体顺着排液孔被挤出；

③加热完毕后，冷却水循环装置对水箱进行快速降温；

④镁合金熔体流到盛有冷却水的水箱中，快速凝固成水滴状的镁合金块体；

6）清理、清洗

打开水箱取出镁合金块体，清洗镁合金块体表面；

7）检测、分析、表征

对镁合金块体的形貌、色泽、金相组织结构、力学性能进行检测、分析、表征；

用金相显微镜进行金相组织分析；

用维氏硬度计进行硬度分析；

结论：镁合金的金相组织致密性好，无缩孔、缩松缺陷，金相组织规律排列，第二相表现出锯齿状形貌，平均硬度高达136.36HV。