一种掺杂二硼化钛的耐磨镁合金的制备方法与流程

技术特征：

1.一种掺杂二硼化钛的耐磨镁合金块的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁合金、二硼化钛、氢氟酸、去离子水、无水乙醇、二氧化碳，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

镁合金：AZ91，固态块体1000g±0.01g

二硼化钛：TiB₂，固态粉体624.31g±0.01g

氢氟酸：HF，液态液体，100mL±10mL

去离子水：H₂O,液态液体，1000mL±10mL

无水乙醇：C₂H₅OH，1000mL±10mL

二氧化碳：CO₂，800000cm³±100cm³

制备方法如下：

(1)预处理镁合金

将镁合金块体置于钢质平板上，用机械切割成小块，小块尺寸≤5mm×3mm×4mm；

然后置于干燥炉中干燥，干燥温度105℃，以消除表面水汽；

(2)预处理二硼化钛

①配制氢氟酸水溶液

量取氢氟酸76mL±0.001mL，去离子水924mL±0.001mL，加入量桶中，搅拌5min,成1.7mol/L的氢氟酸水溶液；

②将二硼化钛624.31g±0.01g加入氢氟酸水溶液中，浸泡24小时，成混合液；

③抽滤

将混合液置于抽滤瓶的漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，留存滤饼，弃去滤液；

④干燥

将二硼化钛滤饼装入石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度80℃，真空度2Pa，干燥时间120min；

然后升温至100℃，干燥时间30min；

继续升温至120℃，干燥时间10min；

⑤预氧化

将干燥后的二硼化钛颗粒置于普通干燥箱中进行预氧化；

加热温度120℃，加热时间10min；

然后升温至150℃，加热时间2min；

(3)熔炼制备耐磨镁合金

熔炼制备耐磨镁合金是在真空熔炼炉内进行的，是在抽真空、输入二氧化碳气体、中频感应加热熔炼、外水循环冷却下完成的；

①制备开合模具

开合式模具用不锈钢材料制造，模具型腔为圆筒形，型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；

②清理真空熔炼炉

打开真空熔炼炉，用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚，然后用无水乙醇进行清洗，使坩埚内洁净；

向熔炼炉内输入二氧化碳气体，清除炉内有害气体，然后关闭熔炼炉；

③开启真空泵，抽取真空熔炼炉内空气，使炉内压强达2Pa；

④将预处理的镁合金块加入熔炼坩埚内；

⑤开启二氧化碳气体瓶，向真空熔炼炉内输入二氧化碳气体，二氧化碳输入速度100cm³/min，使炉内压强恒定在0.1MPa；开启中频感应加热器，加热温度780℃±2℃，加热熔炼时间40min，熔炼后成合金熔液；熔炼后停止加热，使镁合金溶液降至595℃；

⑥将预处理的二硼化钛颗粒通过加料斗加入熔炼坩埚内；

开启熔炼坩埚内搅拌器，搅拌转数28转/min，熔炼搅拌时间20min；

⑦重新开启中频感应加热器，加热温度780℃±2℃，继续熔炼10min；熔炼后成掺杂二硼化钛的耐磨镁合金熔液；

⑧浇铸成型

预热开合式模具，预热温度400℃；

关闭二氧化碳气体瓶，关闭中频感应加热器，停止加热；

打开熔炼炉，取出熔炼坩埚，对准开合式模具进行浇铸，浇满为止；

⑨加压凝固，冷却

将浇铸了熔液的开合式模具置于压力机上，进行压制，压力压强100MPa，加压冷却至400℃；

开模，取出铸锭；

将铸锭埋入细砂中，自然冷却至25℃

(4)切制、清理、清洗

将镁合金铸锭置于钢质平板上，用机械切割成的镁合金锭；

然后用400目砂纸进行打磨，使外圆及端面洁净；

(5)热处理

将镁合金锭置于热处理炉内，进行加热处理；

加热温度380℃，加热时间1h；

然后升温至420℃，固溶处理2h；

随后随炉冷却至200℃，保温时间20h；

热处理后停止加热，使镁合金锭随炉冷却至25℃；

(6)低速热挤压

耐磨镁合金锭的热挤压是在立式挤压机上进行的，是在圆筒形模具内，在加热、加压过程中完成的；

①制备热挤压开合式模具

热挤压开合式模具用工具钢材料制作，模具型腔为圆筒形，型腔尺寸为型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；

②将固溶处理后的铸锭置于热挤压开合式磨具内；

然后置于热挤压机的工作台上，上压头对准开合式模具，垂直施压；

开启热挤压机加热器，加热温度420℃，施压压强300MPa，加热施压时间3min；

挤压后停止加热，关闭热挤压机，随后随炉冷却至220℃，开启热挤压机，继续施压，施压压强500MPa，加热施压时间35min；

挤压后停止加热，在施压状态下冷却至25℃；

停止施压，开模取出铸锭，即耐磨镁合金块；

(7)清理、清洗

将耐磨镁合金块置于钢质平板上，用400目砂纸打磨镁合金块外圆及端面，使其清洁；

然后用无水乙醇清洗，使镁合金块外圆及端面洁净；

清理清洗后成：掺杂二硼化钛的耐磨镁合金块；

(8)检测、分析、表征

对制备的掺杂二硼化钛的耐磨镁合金块的形貌、色泽、力学性能进行检测、分析、表征；

用光学显微镜进行显微组织形貌分析；

用X射线衍射仪进行物相分析；

用显微维氏硬度计进行材料硬度分析；

用摩擦磨损试验机进行材料的摩擦磨损性能分析；

结论：掺杂二硼化钛的耐磨镁合金块为银灰色块状，硬度达250HV，最大摩擦系数为0.536。

2.根据权利要求1所述的一种掺杂二硼化钛的耐磨镁合金的制备方法，其特征在于：

真空熔炼炉为立式，真空熔炼炉(1)的下部为炉座(2)，上部为炉盖(3)，内部为炉腔(21)；在炉腔(21)的内底部设有工作台(4)，在工作台(4)的上部为熔炼坩埚(5)，熔炼坩埚(5)的外部为中频感应加热器(6)，熔炼坩埚(5)内为耐磨镁合金熔液(7)，炉腔(21)内由二氧化碳气体(20)充填；在炉盖(3)上部设有加料漏斗(24)，搅拌器(23)，加料漏斗(24)上设有控制阀(25)，加料漏斗(24)穿过炉盖(3)连通熔炼坩埚(5)；搅拌器(23)穿过炉盖(3)深入熔炼坩埚(5)内底部；在真空熔炼炉(1)的外部设有外水循环冷却管(26)，外水循环冷却管(26)上设有进水阀(27)、回水阀(28)，并与外接水源连接；在真空熔炼炉(1)的右部设有真空泵(14)，真空泵(14)上部设有真空阀(15)、真空管(16)，并伸入炉腔(21)内；在真空熔炼炉(1)的左部设有二氧化碳气瓶(17)，二氧化碳气瓶(17)上部设有气体阀(18)、气体管(19)，并向炉腔(21)内输入二氧化碳气体(20)；在炉座(2)上设有第一显示屏(8)、第一指示灯(9)、第一电源开关(10)、中频感应加热控制器(11)、搅拌控制器(12)、真空泵控制器(13)；炉座(2)通过导线(29)连接真空泵(14)、搅拌器(23)、中频感应加热器(6)。

3.根据权利要求1所述的一种掺杂二硼化钛的耐磨镁合金的制备方法，其特征在于：

镁合金锭的低速热挤压是在立式挤压机上进行的，是在加热施压状态下完成的；

热挤压机为立式，热挤压机(30)上部分左右设有左立柱(31)、右立柱(32)，并连接顶座(33)；在热挤压机(30)中间部位上部为加热工作台(35)，在加热工作台(35)上部垂直置放圆筒形挤压模具(36)，并由固定座(48)固定；在圆筒形挤压模具(36)内底部置放下垫块(37)，下垫块(37)上部置放耐磨镁合金锭(38)，在耐磨镁合金锭(38)上部由上压块(39)压住；在上压块(39)上部连接上压头(40)，上压头(40)上部连接压力块(41)，压力块(41)上部通过顶座(33)与压力电机(34)连接；在热挤压机(30)的左部设有电控箱(42)，在电控箱(42)上设有第二显示屏(43)、第二指示灯(44)、第二电源开关(45)、压力电机控制器(46)、加热工作台控制器(47)；电控箱(47)通过电缆(48)与挤压机(30)连接。