CN116716526B - 一种纳米颗粒细化镁钆中间合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米颗粒细化镁钆中间合金及其制备方法，按重量百分比或体积百分比计包括以下含量的原料：钆30~35 wt.%，纳米TiCN颗粒1.5~2.5 vol.%，余量为镁，其中，所述原料镁、钆均来自商用Mg‑Gd中间合金。将商用Mg‑Gd中间合金在高温电阻炉中完全融化，加入充分预热后的用铝箔包覆好的TiCN纳米颗粒，并采用超声技术使之分散，搅拌均匀并保温后浇注成形即得；以此为原料制备稀土镁合金，对稀土相的细化效果更加明显，而且镁相也有明显细化。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种纳米颗粒细化镁钆中间合金及其制备方法，用于制备高性能含钆稀土镁合金。
背景技术
稀土镁合金具有高比强度、优良的室温强度与高温强度和抗蠕变性能，在交通运输、电子信息、航空航天、国防军工等领域有着广阔的应用前景。大多数稀土元素与镁均为密排六方结构，且晶格常数相近，可产生固溶强化；钆、钕等重稀土元素在镁中的溶解极限随温度变化明显，故可通过热处理等方式产生时效析出强化。然而，由于大量合金元素的加入，稀土镁合金的铸态组织较为复杂，存在着稀土相和初生镁相过于粗大、形状分布不均匀等问题。因此，有效改善合金中组织形貌和相分布，获得细小均匀的稀土相和初生镁相组织，是提高稀土镁合金综合力学性能的关键。
目前，在工业生产领域，中间合金混熔是制备稀土镁合金成熟且应用广泛的方法，多采用镁稀土中间合金加入到镁熔体中进行制备。一方面，镁的化学性质活泼，在熔炼过程中极易在空气中燃烧，加入稀土元素后可在熔体的表面形成致密的多元复合氧化物膜，阻碍熔体与空气的进一步反应；同时稀土元素与熔体杂质元素等较大的亲和力，能大量吸附溶解的气体并形成稳定的难熔化合物，达到净化熔体的效果，而且稀土原子在熔体中极易填补合金相的表面缺陷，降低界面处的表面张力，提高熔体的流动性。另一方面，稀土与镁之间的密度及熔点差异较大，直接在镁熔体中加入稀土金属会导致明显的成分偏析，不利于后续合金的铸造，而直接向熔融稀土中加入纯镁，则引起镁的大量蒸发，同时产生大量的稀土元素氧化等现象，使得这一方法并不具备可行性。采用中间合金混熔的方法，很好地解决了合金组分烧损、熔体流动性不足等问题，而且相比于熔盐电解法和热还原法，中间合金混熔可以净化合金熔体，从而改善组织和细化晶粒等作用。
但是由于铸造工艺和组织遗传性等因素的影响，中间合金会影响最终稀土镁合金的组织性能。如合金组织细小、共晶组织弥散分布的Mg-4Sr中间合金比组织粗大、共晶组织分布不均匀的Mg-4Sr中间合金在AZ91D镁合金中具有较好的变质效果。因此，改善中间合金的组织，是细化镁稀土合金的有效方法，对优化镁稀土合金组织性能，推动其在工业领域的应用具有重要意义。
研究表明，TiCN纳米颗粒能够有效细化AZ91D合金中的α-Mg晶粒，并且诱导生长控制并阻碍共晶相的生长，达到复合变质的效果（Dake Wang et al. Materials Scienceand Engineering A 532 (2012) 396– 400），其对组织性能的改善明显优于Al-5Ti-1B商用晶粒细化剂。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种纳米颗粒细化镁钆中间合金及其制备方法，该方法制备的镁钆中间合金中的稀土相呈细小均匀分布，合金组织得到优化；该中间合金含有大量纳米颗粒，可用于同时细化初生镁晶粒和富稀土相。上述新型纳米颗粒细化镁钆中间合金还可用于制备组织性能优化的镁稀土合金。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种纳米颗粒细化镁钆中间合金，按重量百分比或体积百分比计，包括以下含量的原料：钆30~35 wt.%，纳米TiCN颗粒 1.5~2.5 vol.%，余量为镁（按重量百分比计）；其中，所述原料镁、钆均来自商用Mg-Gd中间合金。
优选地，所述纳米TiCN颗粒为TiCN陶瓷颗粒，粒径大小为35~65nm，平均尺寸约为50nm。
第二方面，本发明还提供了一种纳米颗粒细化镁钆中间合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照配比称取原料，并将纳米TiCN颗粒用铝箔包覆；
S2、将Mg-Gd中间合金在保护气氛下加热，完全熔化后搅拌均匀并保温，得合金熔体Ⅰ；
S3、将合金熔体Ⅰ升温，将用铝箔包覆好的纳米TiCN颗粒加入到合金熔体Ⅰ中，并将其压入到合金熔体Ⅰ的下部，待铝箔熔化后得到合金熔体Ⅱ；
S4、将超声波发生器的探头浸入到合金熔体Ⅱ的液面以下，启动超声波发生器，进行超声震动处理，搅拌、静置后得合金熔体Ⅲ；
S5、将合金熔体Ⅲ降温，静置保温，浇注成形，即得纳米颗粒细化镁钆中间合金。
优选地，步骤S1中，所述原料包括Mg-Gd中间合金、TiCN陶瓷颗粒，TiCN陶瓷颗粒的粒径大小为50nm。
优选地，步骤S2中，保护气氛为CO2/SF6混合气体，体积比为1：2。
优选地，步骤S2中，加热的温度为600-620 ℃，保温时间为20~25 min。
优选地，步骤S3中，升温的温度为660~665℃。
优选地，步骤S4中，探头浸入到合金熔体Ⅱ的液面以下10-20mm。超声震动处理的时间为5-30min。纳米TiCN颗粒经超声震动处理后可均匀分散于所得合金熔体Ⅲ内。
优选地，步骤S5中，降温的温度为620-640℃，保温的时间为10-20min。
第三方面，本发明还提供一种所述纳米颗粒细化镁钆中间合金在制备镁稀土合金中的用途。镁稀土合金中钆含量为6~10wt.%。
本发明使用的稀土钆，可以细化镁合金的晶粒，大大提高合金强度，同时对合金耐高温性，耐腐蚀性和抗蠕变性镁合金腐蚀性能有一定的影响，是镁合金中常用的稀土元素。商用镁钆中间合金中Mg-30Gd的稀土钆含量较高，可用于制备高稀土含量的镁合金，但是Gd和Mg的原子差异很大，容易出现明显的元素偏聚和稀土相长大的问题。本发明采用这一合金成分，添加TiCN纳米颗粒细化初生α-Mg相的同时，重点关注纳米颗粒改变固液界面能、阻碍物质扩散，抑制富稀土相生长的过程，改善了目前商用Mg-30Gd中间合金普遍存在的元素偏聚和组织粗大、不均匀的问题。
本发明中组织细化的原理在于：
新型纳米颗粒细化镁钆中间合金内分布有大量的纳米TiCN颗粒，以此为原料制备稀土镁合金时，在高温下发生溶解，大量的纳米TiCN颗粒在合金熔体中分散。由于初生镁相和纳米TiCN颗粒之间存在[2110]Mg//[011]TiCN，(0002)Mg//(111)TiCN的位向关系，晶格错配度约为5.4%，故纳米TiCN颗粒可作为共晶组织生成的异质形核基底，因此当纳米TiCN颗粒分散在合金熔体中，提供大量的共晶组织形核核心，达到细化共晶组织的目的。从能量角度考虑，两相结合时总倾向于保持界面能最低，这导致了存在某些易于产生特定的位向。在非均质形核过程中，衬底晶面与结晶相之间必然会出现某一最合适的界面，两侧原子之间必然存在某种规律。从几何角度理解，这些面间距相差不大，方向的长度也相差不多，这个在相变晶体学上称匹配好，因而具有较低界面能。根据E2EM模型可知，纳米颗粒与α-Mg之间的匹配应满足三个条件：原子行是沿原子密排或近密排方向匹配、原子行之间的间距的错配度应该小于10%、含密排原子的密排平面之间的错配度应该小于6%。故可得到纳米TiCN颗粒作为共晶组织生成的异质形核基底时，在满足错配度的条件下其与初生镁相和纳米TiCN颗粒之间存在[2110]Mg//[011]TiCN，(0002)Mg//(111)TiCN的位向关系。
上述过程综合考虑了热力学与相变晶体学，适用于非均质形核过程，稀土元素的存在不改变这一规律，但由于富稀土相的晶体结构复杂，很难找到具有良好形核效果的异质形核基底，因此稀土含量较高时，富稀土相的细化与基体α-Mg相之间的细化并不相同。
而且，纳米TiCN颗粒在合金熔体中的溶解度很低，在共晶组织由稀土相和Mg相组成，部分纳米TiCN颗粒被推移至固两相液界面边缘，导致纳米颗粒大量聚集，降低了界面附近处溶质浓度梯度，并造成极大过冷度，抑制了共晶组织，特别是稀土相的生长过程，达到对镁钆中间合金的细化效果。
相较于常规的镁合金，本发明是利用TiCN纳米颗粒细化镁稀土，可有效细化具有复杂晶体结构的富稀土相。从异质形核过程来看，在镁稀土和镁合金中初生α-Mg相的细化与纳米颗粒带来的晶核增多、抑制结晶过程中的物质扩散有关，但是镁稀土合金中的组分原子的差异明显高于常规镁合金，导致镁稀土合金中富稀土相更容易发生长大，稀土元素发生偏聚。因此，本发明重点关注纳米颗粒改变固液界面能、阻碍物质扩散，从而抑制富稀土相生长的过程，可得到细小的球状稀土相。
与其它纳米颗粒相比，本发明利用的TiCN纳米颗粒，同时具有增加初生α-Mg相的异质形核基底、阻碍富稀土相生长的作用。以相同粒径的γ-Al2O3纳米颗粒为例，初生α-Mg相与γ-Al2O3之间的潜在匹配密排原子方向分别有4对，但均无法满足原子间错配度的要求，二者不存在匹配对，故γ-Al2O3纳米颗粒仅起到吸附在初生相表面阻碍物质扩散的作用。可知，本发明使用的TiCN纳米颗粒具有“双重”细化的作用。
从热力学与相变晶体学来看，镁稀土（钆、钇）合金不与TiCN纳米颗粒发生反应，但稀土（钆、钇）改变了合金结晶的特征，相应地TiCN纳米颗粒对镁稀土（钆、钇）合金表现出不同的细化特征。
总之，本发明利用TiCN纳米颗粒同时细化了镁稀土中间合金的初生α-Mg相和富稀土相，着重改善组分性质相差很大的稀土合金中富稀土相长大的问题，有效细化了镁稀土中间合金的组织。本发明从中间合金出发，在不影响目标合金成分的前提条件下，利用中间合金的组织遗传，改善目前商用中间合金普遍存在的组织成分不均匀问题，进一步优化组织性能，并以此制备了商用Mg-8Gd-3Y-0.5Zr合金，目标合金的组织性能显示，采用本申请所述的纳米颗粒细化镁钆中间合金制备的目标合金，组织更加细小均匀。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）与传统镁钆中间合金相比，本发明纳米颗粒细化镁钆中间合金具有细化效果稳定、操作工序简单的特点，能够在制备镁钆中间合金时初生α-Mg相和富稀土相，达到细化镁钆中间合金的目的；
（2）由纳米颗粒细化镁钆中间合金制备得到的稀土镁合金，组织分布得到极大改善，强度和韧性都得到大幅度提升，适合工业生产应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例1合金浇注在铁制模具中的1000倍的金相显微组织照片；
图2为本发明实施例2合金浇注在铁制模具中的1000倍的金相显微组织照片；
图3为本发明实施例3合金浇注在铁制模具中的1000倍的金相显微组织照片；
图4为本发明实施例4合金浇注在铁制模具中的500倍的金相显微组织照片；
图5为本发明对比例1合金浇注在铁制模具中的500倍的金相显微组织照片；
图6为本发明对比例2合金浇注在铁制模具中的500倍的金相显微组织照片；
图7为本发明对比例3合金浇注在铁制模具中的500倍的金相显微组织照片；
图8为本发明对比例4合金浇注在铁制模具中的500倍的金相显微组织照片；
图9为本发明对比例5合金浇注在铁制模具中的500倍的金相显微组织照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实例在本发明技术方案的前提下进行实施，提供了详细的实施方式和具体的操作过程，将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明。需要指出的是，本发明的保护范围不限于下述实施例，在本发明的构思前提下做出的若干调整和改进，都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种纳米颗粒细化镁钆中间合金，包括钆，纳米TiCN颗粒，余量为镁，制备方法如下：
称取适量商用Mg-40Gd中间合金和工业纯镁原料，按TiCN纳米颗粒体积分数2vol.%，TiCN纳米颗粒的密度5.08g/cm3和体积分数98 vol.%合金的体积换算出TiCN纳米颗粒原料质量，同时将称量好的TiCN纳米颗粒粉末用铝箔包覆待使用。
将称量好的商用Mg-40Gd中间合金在高温电阻炉中，在保护气氛为CO2/SF6混合（体积比为1：2）的条件下加热至620℃，并适当搅拌，待熔体全部融化后，保温20min得到合金熔体Ⅰ，同时在干燥箱中将用铝箔包覆好的TiCN纳米颗粒预热至300℃；将合金熔体Ⅰ升高到660℃，并将充分预热的用铝箔包覆好的TiCN纳米颗粒加入到合金熔体中，用金钟罩将其压入液面以下使铝箔完全熔化，并适当搅拌使TiCN纳米颗粒完全混入熔体，得到合金熔体Ⅱ；之后将超声波发生器探头浸入到合金液面以下10mm，启动超声波发生器，使其工作30min，待超声熔体震动过程结束后，取出探头，并适当搅拌得合金熔体Ⅲ。待合金温度降至620℃保温10min，浇铸成形，得到新型纳米颗粒细化镁钆中间合金，其中稀土含量对应Mg-30Gd中间合金的范围（钆30 wt.%）。
其金相显微组织的形貌如图1所示，可以发现，经TiCN纳米颗粒细化处理后的Mg-40Gd中间合金中的初生α-Mg相呈现细小的球状，共晶组织呈细小的纤维状，即在初生α-Mg相的同时细化共晶组织特别是富稀土相，达到细化镁钆中间合金的效果。
实施例2
本实施例提供了一种纳米颗粒细化镁钆中间合金，包括钆，纳米TiCN颗粒，余量为镁，制备方法如下：
称取适量商用Mg-35Gd中间合金原料和工业纯镁原料，按TiCN纳米颗粒体积分数1.5 vol.%，TiCN纳米颗粒的密度5.08g/cm3和体积分数98.5 vol.%的中间合金的体积换算出TiCN纳米颗粒原料的质量分数，同时将称量好的TiCN纳米颗粒粉末用铝箔包覆待使用。
将称量好的商用Mg-35Gd中间合金在高温电阻炉中，在保护气氛为CO2/SF6混合（体积比为1：2）的条件下加热至620℃，并适当搅拌，待熔体全部融化后，保温20min得到合金熔体Ⅰ，同时在干燥箱中将用铝箔包覆好的TiCN纳米颗粒预热至300℃；将合金熔体Ⅰ升高到660℃，并将充分预热的用铝箔包覆好的TiCN纳米颗粒加入到合金熔体中，用金钟罩将其压入液面以下使铝箔完全熔化，并适当搅拌使TiCN纳米颗粒完全混入熔体，得到合金熔体Ⅱ；之后将超声波发生器探头浸入到合金液面以下10mm，启动超声波发生器，使其工作30min，待超声熔体震动过程结束后，取出探头，并适当搅拌得合金熔体Ⅲ。待合金温度降至620℃保温10min，浇铸成形，得到新型纳米颗粒细化镁钆中间合金，其中稀土含量对应Mg-30Gd中间合金的范围（钆30 wt.%）。
其金相显微组织的形貌如图2所示，可以发现，经加入1.5 vol.%的TiCN纳米颗粒细化处理后的Mg-35Gd中间合金中的初生α-Mg相为球状，共晶组织呈纤维状，但细化效果不及添加体积分数2 vol.%的TiCN纳米颗粒。
实施例3
本实施例提供了一种纳米颗粒细化镁钆中间合金，包括钆，纳米TiCN颗粒，余量为镁，制备方法如下：
称取适量商用Mg-40Gd中间合金原料和工业纯镁原料，按TiCN纳米颗粒体积分数2.5vol.%，TiCN纳米颗粒的密度5.08g/cm3和体积分数97.5 vol.%的中间合金的体积换算出TiCN纳米颗粒原料的质量分数，同时将称量好的TiCN纳米颗粒粉末用铝箔包覆待使用。
将称量好的商用Mg-40Gd中间合金在高温电阻炉中，在保护气氛为CO2/SF6混合（体积比为1：2）的条件下加热至620℃，并适当搅拌，待熔体全部融化后，保温20min得到合金熔体Ⅰ，同时在干燥箱中将用铝箔包覆好的TiCN纳米颗粒预热至300℃；将合金熔体Ⅰ升高到660℃，并将充分预热的用铝箔包覆好的TiCN纳米颗粒加入到合金熔体中，用金钟罩将其压入液面以下使铝箔完全熔化，并适当搅拌使TiCN纳米颗粒完全混入熔体，得到合金熔体Ⅱ；之后将超声波发生器探头浸入到合金液面以下10mm，启动超声波发生器，使其工作30min，待超声熔体震动过程结束后，取出探头，并适当搅拌得合金熔体Ⅲ。待合金温度降至620℃保温10min，浇铸成形，得到新型纳米颗粒细化镁钆中间合金，其中稀土含量对应Mg-30Gd中间合金的范围（钆33 wt.%）。
其金相显微组织的形貌如图3所示，可以发现，经加入2.5 vol.%的TiCN纳米颗粒细化处理后的Mg-40Gd中间合金中的初生α-Mg相为与球状，共晶组织呈纤维状，即在细化初生α-Mg相的同时细化共晶组织特别是富稀土相，细化效果与添加体积分数2 vol.%的TiCN纳米颗粒没有明显差异，但出现了明显的颗粒团聚。
实施例4
本实施例提供了一种用纳米颗粒细化镁钆中间合金来制备的镁稀土合金，具体步骤如下：
按商用Mg-8Gd-3Y-0.5Zr合金配比，称取实施例1中所制备的新型纳米颗粒细化镁钆中间合金，商用Mg-30Y中间合金，商用Mg-30Zr中间合金，其余为工业纯镁原料。将称量好的工业纯镁在高温电阻炉中加热至620℃，在保护气氛为CO2/SF6（体积比为1：2）混合的条件下加热到600-620℃，完全熔化后搅拌均匀并保温5-30min，得到合金熔体Ⅳ，同时在干燥箱中将商用Mg-30Gd中间合金、实施例1中新型纳米颗粒细化镁钆中间合金和商用Mg-30Zr中间合金预热至300℃待用；将充分预热的实施例1中所述的新型纳米颗粒细化镁钆中间合金加入到合金熔体Ⅳ中，将合金熔体Ⅳ升高到640℃，并适当搅拌使新型纳米颗粒细化镁钆中间合金完全熔化，保温20min，得到合金熔体Ⅴ；将商用Mg-30Y中间合金加入合金熔体Ⅴ中，并适当搅拌使新型纳米颗粒细化镁钆中间合金完全熔化，保温20min，得到合金熔体Ⅵ；将商用Mg-30Zr中间合金加入合金熔体Ⅵ并充分搅拌，待全部熔化后静置保温20min，浇注成形，得到镁稀土合金，其名义成分为Mg-8Gd-3Y-0.5Zr。
其金相显微组织的形貌如图4所示，可以发现，采用新型纳米颗粒细化镁钆中间合金为原料制备的稀土镁合金，镁相晶粒呈现等轴状且得到明显细化，晶界处稀土相也很细小，使得镁相和稀土相均得到很好地细化。
对比例1
在高温电阻炉里熔化商用Mg-30Gd中间合金，至完全熔化，待温度过热到Mg-30Gd液相线70-120℃时加入精炼剂进行除气除渣，保温20min后，不加入任何变质剂，按照正常工艺浇注到铁制模具中。
其金相显微组织的形貌如图5所示，可以发现，未经细化处理的Mg-30Gd合金中初生α-Mg相呈粗大的枝晶特征，共晶组织粗大，α-Mg相和稀土相均未得到细化。
对比例2
按商用Mg-8Gd-3Y-0.5Zr合金配比，称取商用Mg-30Gd中间合金，商用镁钆中间合金，商用Mg-30Zr中间合金，其余为工业纯镁原料。将称量好的工业纯镁在高温电阻炉中加热至620℃，在保护气氛为 CO2/SF6（体积比为1：2）混合的条件下加热到620-640℃，完全熔化后搅拌均匀并保温5-30min，得到合金熔体Ⅳ，同时在干燥箱中将商用Mg-30Gd中间合金、商用镁钆中间合金和商用Mg-30Zr中间合金预热至300℃待用；将充分预热的商用Mg-30Gd中间合金加入到合金熔体Ⅳ中，将合金熔体Ⅳ升高到640℃，并适当搅拌使商用Mg-30Gd中间合金完全熔化，保温20min，得到合金熔体Ⅴ；将商用镁钆中间合金加入合金熔体Ⅴ中，并适当搅拌使镁钆中间合金完全熔化，保温20min，得到合金熔体Ⅵ；将商用Mg-30Zr中间合金加入合金熔体Ⅵ并充分搅拌，待全部熔化后静置保温20min，浇注成形，得到镁稀土合金。
其金相显微组织的形貌如图6所示，可以发现，经过传统熔配得到的镁稀土合金中镁相呈现明显枝晶特征，稀土相易于聚集长大，说明此时镁相和稀土相均未得到细化。
对比例3
本实施例提供了一种纳米颗粒细化镁钆中间合金，包括钆，Al2O3纳米颗粒，余量为镁，即将TiCN纳米颗粒替换为等体积的Al2O3纳米颗粒，制备方法与实施例1相同，其中稀土含量对应Mg-30Gd中间合金的范围。
其金相显微组织的形貌如图7所示，可以发现，经加入2.0 vol.%的Al2O3纳米颗粒细化处理后的Mg-30Gd中间合金中的α-Mg相和纤维状共晶组织开始细化，但细化效果明显弱于添加体积分数2 vol.%的TiCN纳米颗粒。
对比例4
本实施例提供了一种用纳米颗粒细化镁钆中间合金来制备的镁稀土合金，具体步骤与实施例4基本相同，区别在于，所用新型纳米颗粒细化镁钆中间合金为对比例3制备所得，其中稀土含量对应Mg-30Gd中间合金的范围。
其金相显微组织的形貌如图8所示，可以发现，采用Al2O3纳米颗粒预处理的镁钆中间合金为原料制备的稀土镁合金，镁相晶粒开始呈现等轴状，仍可见枝晶特征，且稀土相聚集长未明显细化。
对比例5
本实施例提供了一种用纳米颗粒细化镁钆中间合金来制备的镁稀土合金，具体步骤与实施例4基本相同，区别在于，未预先制备新型纳米颗粒细化镁钆中间合金，直接将Mg-40Gd中间合金、TiCN纳米颗粒与其它原料一起制备。其中，TiCN纳米颗粒在Mg-40Gd中间合金加入后采用实施例1中相同的加入方法。
其金相显微组织的形貌如图9所示，可以发现，采用直接加入TiCN纳米颗粒制备稀土镁合金，镁相晶粒开始呈现等轴状，镁相和稀土相均得到细化，但出现明显的颗粒聚集。对比性能测试结果可知，直接在镁稀土合金加入纳米颗粒会出现分散不均匀的现象，有损合金性能。
从实施例1、2、3、4和对比例1、2、3、4、5的金相显微组织形貌可以发现，本发明的新型纳米颗粒细化镁钆中间合金细化效果明显，在Mg-30Gd合金中只需要加入纳米颗粒、就能够达到很好的效果，既能使α-Mg相从粗大的枝晶形变为细小的球状，又可使粗大的共晶组织呈细小的纤维状。以此为原料制备的稀土镁合金，既能将镁相的粗大的枝晶细化，又能够将稀土相从聚集长大的状态转变为细小均匀分布，优化合金组织。与加入传统熔配得到稀土镁合金比可以发现，本发明的中间合金对稀土相的细化效果更加明显，而且镁相也有明显细化。
对实施例和对比例的合金进行性能测试，如表1所示。
表1 性能测试结果对比
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 (8)
1.一种纳米颗粒细化镁钆中间合金，其特征在于，按重量百分比或体积百分比计，包括以下含量的原料：钆30~35 wt.%，纳米TiCN颗粒 1.5~2.5 vol.%；按重量百分比余量为镁；
所述纳米TiCN颗粒为纳米TiCN陶瓷颗粒；
所述纳米TiCN陶瓷颗粒的粒径大小为35~65nm；
该中间合金中的纳米TiCN颗粒用于同时细化初生α-Mg相和富稀土相。
2.一种如权利要求1所述的纳米颗粒细化镁钆中间合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照配比称取原料Mg-Gd中间合金、纳米TiCN颗粒，并将纳米TiCN颗粒用铝箔包覆；
S2、将Mg-Gd中间合金在保护气氛下加热，完全熔化后搅拌均匀并保温，得合金熔体Ⅰ；
S3、将合金熔体Ⅰ升温，将用铝箔包覆好的纳米TiCN颗粒加入到合金熔体Ⅰ中，并将其压入到合金熔体Ⅰ的下部，待铝箔熔化后得到合金熔体Ⅱ；
S4、将超声波发生器的探头浸入到合金熔体Ⅱ的液面以下，启动超声波发生器，进行超声震动处理，搅拌、静置后得合金熔体Ⅲ；
S5、将合金熔体Ⅲ降温，静置保温，浇注成形，即得纳米颗粒细化镁钆中间合金。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，保护气氛为CO2/SF6混合气体。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，加热的温度为600-620 ℃，保温时间为20~25 min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，升温的温度为660~665℃。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，探头浸入到合金熔体Ⅱ的液面以下10-20mm，超声震动处理的时间为5-30min。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中，降温的温度为620-640℃，保温的时间为10-20min。
8.一种如权利要求1所述纳米颗粒细化镁钆中间合金在制备镁稀土合金中的应用。
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