专利名称：Mn-Al中间合金及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及Mn-Al中间合金、其制备方法及其用于细化^:合金尤其 是细化Mg-Mn系与Mg-Zn系合金凝固晶粒的用途。本发明属于镁合金 材料凝固技术领域。
背景才支术
用于细化镁合金尤其是Mg-Mn系与Mg-Zn系合金凝固晶粒的中间 合金的研发一直是人们关注的课题。但目前除了专用于细化Mg-Zn系的 Mg-Zr中间合金外，尚未有其它可用于细化Mg-Mn系与Mg-Zn系合金 凝固晶粒的中间合金研发成功的报道。
用于细化Mg-Mn系与Mg-Zn系合金凝固晶粒的中间合金不能含有 游离态的Al,这是因为游离态的Al会与Mg-Zn系合金中通常含有的Zr 反应，并在熔体中形成Al3Zr,从而削弱或破坏Zr对Mg-Zn系合金凝固 晶粒的细化；同样在Mg-Mn系合金凝固晶粒的细化过程中，也不能含 有游离态的Al,这是因为游离态的Al会与Mn反应，形成铝锰化合物， 从而破坏Mg-Mn系合金的一系列性能。
此外，虽然对细化Mg-Zn系合金凝固晶粒而言已有Mg-Zr中间合金 可以利用，但无论是制备Mg-Zr中间合金还是使用Mg-Zr中间合金都有 一系列的问题没有完全解决，这一方面是因为难于制备含Zr量高、并且 成分均匀的中间合金，另一方面Mg-Zr中间合金生产工艺比较复杂，污 染严重，而使用Mg-Zr中间合金时也常存在Zr沉淀到炉底的现象。对 细化Mg-Mn系合金凝固晶粒而言，目前就没有任何可以应用的中间合 金；即使有像Mg-Al-C这样的仅含有A14C3相而不含有游离态Al的中间 合金，但AUC3相结构易遭到Mn的破坏，从而一方面破坏晶粒细化效果，另 一方面也削弱Mn在Mg-Mn系合金中的作用。
发明内容
本发明为解决上述一 系列技术问题，发明了 一种Mn-Al 二元中间合 金，其特征在于该合金包含65~75 wt %的Mn和35~25 wt %的Al。
根据本发明的Mn-Al中间合金优选含有s-MnAl相和(八18癒5相， 但是不含有游离态Al。根据本发明的Mn-Al中间合金中s-MnAl相为密 排六方结构相，晶格点阵常数(a=0.2897nm)与Mg (a=0.3200nm)很 相近。
根据本发明的Mn-Al中间合金可用于细化各种镁合金尤其是还可以 在一定程度上细化Mg-Mn系合金凝固晶粒。
根据本发明的Mn-Al中间合金优选主要是用喷铸法生产。
本发明还涉及一种用于制备所述Mn-Al 二元中间合金的方法，其特 征在于将65 75重量份的Mn与35~25重量份的Al混合装入坩埚中熔 炼，合金熔化完全后进行喷铸，凝固速度为103~6°C/s。
根据本发明方法的一个优选的方案，所述坩埚是带有惰性气体保护 的高频感应熔炼坩埚。
根据本发明方法的一个优选的方案，在喷铸过程中使用水冷铜模作 为铸模，也可以使用高速旋转的铜单辊或铜双辊作为铸模。
根据本发明的方法特别优选地包括以下步骤
① "l要质量比Mn : Al = ( 65~75 ) : ( 35~25 )称量好Mn与Al。
② 将Mn与Al混合置入带有惰性气体保护的高频感应熔炼坩埚中 熔炼。该坩埚可以是带扁平或圓形喷嘴的石英管。
③ 合金熔化完全后进行喷铸，喷铸温度在140(TC左右。喷铸的铸 模可以是水冷铜模，也可以是高速旋转的铜单辊或铜双辊。凝固速度为 10"。C/s左右。
如果产品是喷铸成型的薄带薄片状，则适当分切，等量包装；如果是喷铸成型的锭状，则分割等量包装；按工业使用习惯，每个包装的 质量为100 1000g不等。
本发明中介绍的Mn-Al中间合金的使用方法与各类晶粒细化用中间 合金的使用方法没有不同，即根据添加比例直接将中间合金加入熔化或 保温炉中并搅拌均匀即可。
图1为喷铸的Mn-28y。Al合金的显微组织，其中条状相和鱼骨状相 为s-MnAl相，其余为,Al8Mn5相。
图2为喷铸的Mn-28n/。Al合金的X射线衍射语，经标定，其中确实 含有s-MnAl相和V-AlsMns相。
图3(a)、 3(b)为纯Mg经Mn-28%A1中间合金细化处理前后凝固晶 粒大小的宏观对比图，图3(a)表示细化处理前的纯Mg的宏观凝固晶粒 大小，图3(b)表示细4匕处理后的Mg + 0.4wt°/oMn-28wt%Al的宏只见凝固 晶粒大小。
图4(a)、 4(b)为Mg-Al系的AZ31合金经Mn-28%A1中间合金细化 处理前后合金凝固晶粒大小的宏观对比图，其中图4(a)表示细化处理前 的AZ31合金的宏观凝固晶粒大小，图4(b)表示细化处理后的AZ31 + 0.4wt%Mn-28wt % Al的宏观凝固晶粒大小。
图5(a)、 5(b)为Mg-Mn系的Mg-l %Mn合金经Mn-28 % Al中间合金 细化处理前后合金凝固晶粒大小的宏观对比图，其中图5(a)表示细化处 理前的Mg-l%Mn的宏观凝固晶粒大小，图5(b)表示细化处理后的 Mg-l%Mn + 0.4wt%Mn-28wt % Al的宏观凝固晶粒大小。
图6(a) 、 6(b)为Mg-Zn系的Mg-4。/。Zn合金经Mn-28%A1中间合金 细化处理前后合金凝固晶粒大小的宏观对比图，其中图6(a)表示细化处 理前的Mg-4 %Zn的宏观凝固晶粒大小，图6(b)表示细化处理后的Mg-4 %Zn + 0.4wt%Mn-28wt%AL的宏观凝固晶粒大小。
具体实施例方式
①按质量比Mn : Al = 72 : 28称量好Mn片与铝片，并将Mn片与 铝片混合装在石英管中，然后在惰性气体保护下用高频感应电源加热熔炼石英管中的合金，熔炼完后将熔体喷铸入内孔直径为cp8-10 mm的水 冷铜模内连续冷却(冷却速度在105 。C/s左右)，冷却完毕，取出合金，
即为本发明合金的形态之一。
② 按质量比Mn : Al = 70 : 30称量好Mn片与铝片，并将Mn片与 铝片混合装在石英管中，然后在惰性气体保护下用高频感应电源加热熔 炼石英管中的合金，熔炼完后将熔体喷铸(通常称之为甩带)在高速旋 转的铜单辊上连续冷却(冷却速度在105 'C/s左右)，喷铸完毕，得到 不连续的条、带、片合金，即为本发明合金的形态之一。
③ 按质量比Mn : Al = 68 : 32称量好Mn片与铝片，并将Mn片与 铝片混合装在石英管中，然后在惰性气体保护下用高频感应电源加热熔 炼石英管中的合金，熔炼完后将熔体喷铸在一对相向高速旋转的铜双辊 上连续冷却(冷却速度在10"C/s左右)，喷铸完毕，得到不连续的条、 带、片合金，即为本发明合金的形态之一。
④ 将喷铸成型的Mn-28 % Al中间合金加入纯Mg熔体，中间合金加 入量为纯Mg质量的0.2-0.8%,加入温度等同于纯Mg的熔炼温度。其 凝固晶粒细化效果如图3(b)所示，其中图3(a)为未添加Mn-28 % Al中间 合金时同样凝固条件下纯Mg的凝固晶粒大小。
⑤ 将喷铸成型的Mn-28 % Al中间合金加入Mg-Al系的AZ31合金， 加入量为AZ31合金质量的0.2-0.8% ，加入温度等同于AZ31合金的熔 炼温度。其凝固晶粒细化效果如图4(b)所示，其中图4(a)为未添加Mn-28 % Al中间合金时AZ3.1合金的凝固晶粒大小。未添加中间合金时不同凝 固条件下AZ31合金的凝固晶粒大小各不相同，有发达的柱状晶，有因 铸锭小、凝固速度快而在一定程度上细化了的。此处仅表示了相对晶粒 尺寸，下同。
将喷铸成型的Mn-28。/。Al中间合金加入Mg-Mn系合金，合金含 Mn量为1 % ,中间合金加入量为Mg-Mn合金质量的0.2-0.8 % ,加入温 度等同于Mg-Mn合金的熔炼温度。其凝固晶粒细化效果如图5(b)所示，
6其中图5(a)为未添加Mn-28%A1中间合金时同样凝固条件下Mg-Mn合 金的凝固晶粒大小。
⑦将喷铸成型的Mn-28%A1中间合金加入Mg-Zn系合金，合金含 Zn量为5 % ,合金不含Zr,中间合金加入量为Mg-Zn合金质量的0.2-0.8 %,加入温度等同于Mg-Zn合金的熔炼温度。其凝固晶粒细化效果如图 6(b)所示，其中图6(a)为未添加Mn-28%A1中间合金时同样凝固条件下 Mg-Zn合金的凝固晶粒大小。
权利要求
1. 一种Mn-Al二元中间合金，其特征在于该合金包含65～75wt％的Mn和35～25wt％的Al。
2. 根据权利要求1所述的Mn-Al 二元中间合金，其特征在于该 合金含有s-MnAl相和V-AlgMns相，但是不含有游离态Al。
3. 根据权利要求1或2所述的Mn-Al 二元中间合金，其特征在于 该合金主要是用喷铸法生产的。
4. 用于制备根据权利要求1至3之一所述的Mn-Al 二元中间合金 的方法，其特征在于将65~75重量份的Mn与35~25重量份的Al混合 装入坩埚中熔炼，合金熔化完全后进行喷铸，凝固速度为103~6°C/s。
5. 根据要求4所述的方法，其特征在于所述坩埚是带有惰性气体 保护的高频感应熔炼坩埚。
6. 根据要求4或5所述的方法，其特征在于在所述喷铸过程中使 用水冷铜模作为铸模。
7. 根据要求4或5所述的方法，其特征在于在所述喷铸过程中使 用高速旋转的铜单辊或铜双辊作为铸模。
8. 根据权利要求1至3之一所述的Mn-Al 二元中间合金用于细化 镁合金的凝固晶粒的用途。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于所述镁合金包括 Mg-Mn系合金和Mg-Zn系合金。
全文摘要
本发明涉及一种细化镁合金尤其是还可以细化Mg-Mn系合金与Mg-Zn系合金凝固晶粒的Mn-Al二元中间合金及其制备方法和用途。该中间合金含Mn65～75wt％，Al35～25wt％；该中间合金主要是用各种喷铸法生产的，合金凝固速度为10<sup>3～6</sup>℃/s左右；该中间合金含有ε-MnAl相和γ-Al<sub>8</sub>Mn<sub>5</sub>相，但是不含有游离态Al；该中间合金可使不同的镁合金获得不同的凝固晶粒细化效果。
文档编号C22C22/00GK101481766SQ20081018245
公开日2009年7月15日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者李建国, 谭敦强 申请人:清华大学