专利名称：Mg-Al基合金的铝锰晶粒细化剂及其制备方法和使用方法
技术领域：
本发明涉及一种晶粒细化剂及其制备方法和使用方法，具体涉及一种用于Mg-Al 基合金的铝锰晶粒细化剂及其制备方法和使用方法。
背景技术：
镁合金虽然在交通、航空航天及通讯诸领域有着广阔的应用前景，但要扩大镁合 金的应用范围，还必须解决镁及其合金自身存在的问题。镁及其合金基体为密排六方结构， 室温下只有一个基面滑移系，室温变形能力差，难以加工成形；镁的化学性质活泼，标准电 极电位很低，形成的自然氧化膜不够致密，故镁合金耐蚀性很差；镁合金的室温强度低，铸 造镁合金的抗拉强度不足300MPa，变形镁合金强度不足400MPa，不能满足承力件的性能要 求。而晶粒细化是解决上述问题，提高铸态镁合金及其综合性能的重要手段。
目前，Mg-Al基合金晶粒细化的方法有很多种，如过热法，碳质孕育法，微合金化 等。普遍采用的碳质孕育法是往镁合金中添加C^le或CCl4，这些变质剂在加入后产生氯 气，对环境和人体产生严重的危害，而且在很短时间内(20 30min)其细化效果就容易褪 化，需要进行二次变质处理。 一些研究者还通过加入Mg-Al-C、Al-C、Al-Ti-C中间合金，加 入纯A14C3、 SiC粒子等方式细化Mg-Al基合金，但这些合金和粒子制备工艺较为复杂。
发明内容
针对现有Mg-Al基合金的铝锰晶粒细化剂制备工艺复杂的问题，本发明提供一种 Mg-Al基合金的铝锰晶粒细化剂及其制备方法和使用方法本发明的铝锰晶粒细化剂的成分按重量百分比为Al 25 35%，Mn65 75%。
本发明的铝锰晶粒细化剂的制备方法按以下步骤进行 1、按晶粒细化剂的组成成分重量百分比为Al 25 35^，Mn65 75^配料，同时 加入过量的金属锰，过量的金属锰占配料用金属锰总重量的5 15%，获得混合金属。其中 加入过量的金属锰为烧损部分。 2、对混合金属进行清洗，清洗方法是将混合金属在频率为40 60KHz的超声波条 件下，用有机溶剂乙醇或丙酮清洗，清洗时间为3 5min。 3、将清洗后的混合金属置于电弧炉中，然后对电弧炉抽真空，再充入氩气至电弧 炉内气压为0. 02 0. 04MPa ;对混合金属进行四次熔炼，熔炼时施加的电压为20 45V， 电流为200 350A，每次熔炼用时2 3min ;对电弧炉抽真空时要求气压在1X10—3 5X10—3MPa。 4、经四次熔炼后的混合金属置于密闭容器中，对密闭容器抽真空，再充入氩气至 密闭容器中的气压为0. 35 0. 4MPa后密封，再将密闭容器加热至950 115(TC，保温 24 72h，将混合金属取出水淬，获得铝锰晶粒细化剂。其中密闭容器抽真空要求气压在 1X10—2 5X10—2MPa。 本发明的铝锰晶粒细化剂的使用方法为
熔炼Mg-Al基合金时，在Mg-Al基合金熔液温度为700 75(TC条件下，将铝箔包 裹的铝锰晶粒细化剂置于Mg-Al基合金熔液中，搅拌均匀后静置20 60min，铝锰晶粒细化 剂的加入量为Mg-Al基合金熔液总重量的0. 5 2. 5% 。 静置结束后除渣、浇注，获得的Mg-Al基合金的晶粒平均细化率为40 43%。
本发明的制备方法获得的铝锰晶粒细化剂为块状的铝锰中间合金产品，该铝锰中 间合金含有AlMn金属间化合物相，在加入到镁合金熔体中起到异质形核作用，从而细化镁 合金的晶粒。本发明的产品制备方法及使用方法简单，产品的添加量和细化效果易于控制， 以微量加入可达到很好细化的目的，且细化效果在lh内不发生褪化。
图1为本发明实施例1中制备的铝锰晶粒细化剂的X射线衍射谱图，图中a为铝 锰相。 图2为本发明实施例1中的0#AZ31镁铝基合金的金相显微照片图。 图3为本发明实施例1中的1#AZ31镁铝基合金的金相显微照片图。 图4为本发明实施例1中的2#AZ31镁铝基合金的金相显微照片图。 图5为本发明实施例1中的3#AZ31镁铝基合金的金相显微照片图。 图6为本发明实施例1中的4#AZ31镁铝基合金的金相显微照片图。 图7为本发明实施例1中的5#AZ31镁铝基合金的金相显微照片图。
具体实施例方式
本发明实施例中采用的金属铝的重量纯度》99.99 %，金属锰的重量纯度
> 99. 88%，金属锌的重量纯度> 99. 99%，金属镁的重量纯度> 99. 95%。 本发明实施例中采用的乙醇为工业酒精，采用的丙酮为工业用丙酮。 本发明实施例中采用的超声波设备型号为KUD0S-SK3300LHC。 本发明实施例中采用的密闭容器为石英管。 本发明实施例中采用的电阻炉为MRL-8型井式电阻炉。 本发明实施例中采用的坩埚为高强石墨坩埚。 本发明实施例中采用的角磨机为德国威固VG100DE型角磨机，工作时转速为
500r/min。 实施例1 将金属铝和金属锰混合配料，其中金属铝按重量百分比占混合物料的25%，金属 锰按重量百分比占混合物料的75%，同时加入过量的金属锰，过量的金属锰占配料用金属 锰总重量的15%，获得混合金属。 将混合金属在超声波条件下用有机溶剂清洗，清洗时间为3min，其中超声波频率 为40KHz，有机溶剂为乙醇。 将清洗后的混合金属置于电弧炉中，对电弧炉抽真空至气压为IX 10—^Pa，再充入 氩气至电弧炉内气压为0. 02MPa。 对混合金属进行熔炼，熔炼时施加的电压为45V，电流为200A，熔炼用时2min。按 上述方法反复进行四次熔炼。
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将四次熔炼后的混合金属置于密闭容器中，然后对密闭容器抽真空至气压为 1X10—^Pa，再充入氩气至密闭容器中的气压为0. 35MPa后密封，再将密闭容器加热至 IOO(TC ，保温72h，将混合金属取出水淬，获得铝锰晶粒细化剂，其成分按重量百分比为Al 25 % ， Mn75 % ， X射线衍射谱1所示。 采用金属铝、金属镁、金属锌制备AZ31镁铝基合金，将金属铝、金属镁、金属锌 根据要求配比备料，然后分别用角磨机打磨光亮，再放入干燥箱中，在20(TC条件下加热 10min，然后放入清洗干净的坩埚中，将坩埚置于电阻炉中，加热至400 50(TC，通入保 护气体，保护气体为N2+SF6混合气体，混合气体中氮气与SF6气体的混合比例按体积比为
iooo : 2。 继续加热电阻炉至温度为75(TC，坩埚中金属全部熔化，将用铝箔包裹的铝锰晶粒 细化剂加入到金属熔液中，加入量分别为全部为Mg-Al基合金熔液总重量的0.5%，1%，
1. 5%，2%，2. 5%，搅拌均匀后静置40min。 静置结束后扒去合金熔液表面的氧化物渣体、浇注到预热温度为25(TC的铁质铸 模中，按铝锰晶粒细化剂的加入量为Mg-Al基合金熔液总重量的0. 5%， 1%， 1. 5%，2%，
2. 5 % ，分别获得1#、 2#、 3#、4#、 5#AZ31镁铝基合金，其金相显微照片分别如图3、4、 5、6、 7所示。 按上述方法在不加入铝锰晶粒细化剂的情况下制备AZ31镁铝基合金，获得 0#AZ31镁铝基合金，其金相显微照片如图2所示。 由图2、3、4、5、6、7可见，使用铝锰晶粒细化剂后，与不使用晶粒细化剂相比，AZ31 镁铝基合金的平均晶粒尺寸由92 ii m降低至50 55 ii m，细化效率达到40 43% 。
实施例2 将金属铝和金属锰混合配料，其中金属铝按重量百分比占混合物料的35%，金属 锰按重量百分比占混合物料的65%，然后加入过量的金属锰，过量的金属锰占配料用金属 锰总重量的5%，获得混合金属。 将混合金属在超声波条件下用有机溶剂清洗，清洗时间为5min，其中超声波频率 为60KHz，有机溶剂为乙醇。 将清洗后的混合金属置于电弧炉中，对电弧炉抽真空至气压为5X 10—^Pa，再充入 氩气至电弧炉内气压为0. 04MPa。 对混合金属进行熔炼，熔炼时施加的电压为30V，电流为270A，熔炼用时3min。按 上述方法反复进行四次熔炼。 将四次熔炼后的混合金属置于密闭容器中，然后对密闭容器抽真空至气压在 3X10—^Pa，再充入氩气至密闭容器中的气压为0. 4MPa后密封，再将密闭容器加热至 115(TC，保温24h，将混合金属取出水淬，获得铝锰晶粒细化剂，其成分按重量百分比为Al 35%， Mn65%。 采用金属铝、金属镁、金属锌制备AZ31镁铝基合金，将金属铝、金属镁、金属锌 根据要求配比备料，然后分别用角磨机打磨光亮，再放入干燥箱中，在20(TC条件下加热 10min，然后放入清洗干净的坩埚中，将坩埚置于电阻炉中，加热至400 50(TC，通入保 护气体，保护气体为N2+SF6混合气体，混合气体中氮气与SF6气体的混合比例按体积比为
iooo : 2。
继续加热电阻炉至温度为70(TC，坩埚中金属全部熔化，将用铝箔包裹的铝锰晶粒 细化剂加入到金属熔液中，加入量分别为全部为Mg-Al基合金熔液总重量的0.5%，1%， 1.5%，2%，2. 5%，搅拌均匀后静置60min。 静置结束后按实施例1所述的方法除渣、浇注，与不使用晶粒细化剂相比，获得的 Mg-Al基合金的晶粒平均细化率为40 43%。
实施例3 将金属铝和金属锰混合配料，其中金属铝按重量百分比占混合物料的30%，金属 锰按重量百分比占混合物料的70%，然后加入过量的金属锰，过量的金属锰占配料用金属 锰总重量的10%，获得混合金属。 将混合金属在超声波条件下用有机溶剂清洗，清洗时间为4min，其中超声波频率 为50KHz，有机溶剂为丙酮。 将清洗后的混合金属置于电弧炉中，对电弧炉抽真空至气压为3X 10—^Pa，再充入 氩气至电弧炉内气压为0. 03MPa。 对混合金属进行熔炼，熔炼时施加的电压为150V，电流为IOA，熔炼用时2. 5min，
按上述方法反复进行四次熔炼。 将四次熔炼后的混合金属置于密闭容器中，然后对密闭容器抽真空至气压在 5X10—^Pa，再充入氩气至密闭容器中的气压为0. 38MPa后密封，再将密闭容器加热至 95(TC，保温48h，将混合金属取出水淬，获得铝锰晶粒细化剂，其成分按重量百分比为Al 30%， Mn70%。 采用金属铝、金属镁、金属锌制备AZ31镁铝基合金，将金属铝、金属镁、金属锌 根据要求配比备料，然后分别用角磨机打磨光亮，再放入干燥箱中，在20(TC条件下加热 10min，然后放入清洗干净的坩埚中，将坩埚置于电阻炉中，加热至400 50(TC，通入保 护气体，保护气体为N2+SF6混合气体，混合气体中氮气与SF6气体的混合比例按体积比为
iooo : 2。 继续加热电阻炉至温度为72(TC，坩埚中金属全部熔化，将用铝箔包裹的铝锰晶粒 细化剂加入到金属熔液中，加入量分别为全部为Mg-Al基合金熔液总重量的0.5%，1%， 1. 5%，2%，2. 5%，搅拌均匀后静置20min。 静置结束后按实施例1所述的方法除渣、浇注，与不使用晶粒细化剂相比，获得的 Mg-Al基合金的晶粒平均细化率为40 43%。
权利要求
一种Mg-Al基合金的铝锰晶粒细化剂，其特征在于该晶粒细化剂的成分按重量百分比为Al 25～35％，Mn65～75％。
2. —种权利要求1所述的Mg-Al基合金的铝锰晶粒细化剂的制备方法，其特征在于按 以下步骤进行(1)按晶粒细化剂的组成成分重量百分比为Al 25 35%， Mn65 75%配 料，同时加入过量的金属锰，过量的金属锰占配料用金属锰总重量的5 15%，获得混合金 属；(2)对混合金属进行清洗；(3)将清洗后的混合金属置于电弧炉中，然后对电弧炉抽真 空，再充入氩气至电弧炉内气压为0. 02 0. 04MPa ;对混合金属进行四次熔炼，熔炼时施 加的电压为20 45V，电流为200 350A，每次熔炼用时2 3min ; (4)经四次熔炼后的 混合金属置于密闭容器中，对密闭容器抽真空，再充入氩气至密闭容器中的气压为0. 35 0. 4MPa后密封，再将密闭容器加热至950 115(TC，保温24 72h，取出混合金属水淬，获 得铝锰晶粒细化剂。
3. 根据权利要求2所述的Mg-Al基合金的铝锰晶粒细化剂的制备方法，其特征在于所 述的对混合金属清洗是将混合金属在频率为40 60KHz的超声波条件下，用有机溶剂乙醇 或丙酮清洗，清洗时间为3 5min。
4. 根据权利要求2所述的Mg-Al基合金的铝锰晶粒细化剂的制备方法，其特征在于所 述的步骤(3)中的对电弧炉抽真空要求气压在IX 10—3 5X 10—3MPa。
5. —种权利要求1所述的Mg-Al基合金的铝锰晶粒细化剂的使用方法其特征在于 在Mg-Al基合金熔液温度为700 75(TC条件下，将铝箔包裹的铝锰晶粒细化剂置于Mg-Al 基合金熔液中，搅拌均匀后静置20 60min，铝锰晶粒细化剂的加入量为Mg-Al基合金熔液 总重量的0. 5 2. 5%。
全文摘要
一种Mg-Al基合金的铝锰晶粒细化剂及其制备方法和使用方法，晶粒细化剂的成分按重量百分比为Al 25～35％，Mn 65～75％。制备方法按以下步骤进行(1)按晶粒细化剂的组成配料，加入过量的金属锰，获得混合金属；(2)对混合金属清洗；(3)将混合金属置于电弧炉中，抽真空后充入氩气，进行四次熔炼；(4)混合金属置于密闭容器中，抽真空后充入氩气，加热保温24～72h，取出水淬。使用方法为在Mg-Al基合金熔液700～750℃时，将铝锰晶粒细化剂加入并搅拌均匀后静置20～60min。本发明的产品制备方法及使用方法简单，产品的添加量和细化效果易于控制，以微量加入可达到很好细化的目的，且细化效果在1h内不发生褪化。
文档编号C22C22/00GK101693969SQ20091018786
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月14日 优先权日2009年10月14日
发明者任玉平, 左良, 李洪晓, 秦高梧, 蒋敏, 裴文利, 郝士明 申请人:东北大学;