一种Zn‑Mg‑Ti中间合金及用于制备Mg‑Zn系镁合金的方法与流程

本发明属于镁合金熔铸技术领域，特别是涉及一种zn-mg-ti中间合金及用于制备mg-zn系镁合金的方法。

背景技术：

mg-zn系合金是一类重要的商用镁合金，该类合金由于mgzn2相的时效析出强化使合金具有较高的强度，属高强镁合金。二元mg-zn合金由于晶粒粗大、铸造热裂倾向严重，目前商用mg-zn系合金中通常加入微量zr细化晶粒和改善铸造性能，形成mg-zn-zr三元合金，其典型牌号为zk60（4.8~6.2wt%zn,0.45~0.8wt%zr，余量mg）。mg-zn-zr合金凝固结晶时，zr首先从镁熔体中析出并作为随后结晶的α-mg固溶体的形核基底、细化mg晶粒，在凝固结晶后期，形成α-mg+mgzn2离异共晶。mg-zn-zr合金中大量该低熔点共晶相的存在，不仅导致合金塑性成形性能恶化，而且由于共晶相与基体相之间的电位差形成的原电池反应，加剧了镁的腐蚀，降低了镁合金的耐腐蚀性能。如何在保持mg-zn系高强度的同时，改善合金的塑性和耐腐蚀性能，是镁合金应用中面临的重要问题之一。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种zn-mg-ti中间合金及用于制备mg-zn系镁合金的方法。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种zn-mg-ti中间合金，其特征在于，以工业纯锌、纯镁及钛粉为原料，其重量百分比为：ti3~5wt%，mg12~14wt%，余量为zn。

进一步，所述zn-mg-ti中间合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）采用将钛粉夹于两层锌块之间的布料方式，将锌和钛粉置于坩埚炉内，在co2+sf6混合气体保护气氛下，升温至500~600℃，使锌全部熔化，并适当搅拌；

（2）在熔体中加入纯镁，继续升温至720~780℃，待镁全部熔化后保温30~60min，保温期间每间隔10~15min搅拌一次，然后加入精炼剂除渣精炼；

（3）将合金熔体浇注成型即得zn-mg-ti中间合金。

进一步，所述zn-mg-ti中间合金用于制备mg-zn系镁合金的方法，包括以下步骤：

（1）在co2+sf6混合气体保护气氛下，于坩埚炉中加热熔化工业纯镁，保温5~10min，扒渣；

（2）调整坩埚炉温至700~740℃，加入上述zn-mg-ti中间合金，加入量为6~8wt%；待全部熔化后，搅拌，保温10~40min，然后加入精炼剂除渣精炼；

（3）将合金熔体浇注于预热至~350℃的模具中，获得mg-zn-ti镁合金。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的zn-mg-ti中间合金，在所述成分范围内形成zn-mg-ti三元相，其熔点在720℃左右（在所述成分范围内视成分不同稍有差异），非常适合于添加于镁熔体中，克服了由于ti的熔点远高于镁的沸点及ti在镁中的固溶度很低而造成的ti添加难度大和工艺复杂的问题，从而在mg-zn系合金中成功实现了ti的微合金化改性。

2、由于zn-mg-ti中间合金的加入，不仅有效细化了mg-zn合金晶粒，而且改变了合金的凝固路径，使得所得到的mg-zn-ti镁合金中的α-mg+mgzn2共晶相的数量大大减少，合金的塑性和耐腐蚀性能明显提高。与mg-zn-zr合金不同，mg-zn-ti合金中的α-mg+mgzn2共晶相的数量大大减少，这一方面减轻了共晶相带来的腐蚀问题，另一方面改善了塑性，与此同时，zn元素更多的溶解于镁基体中，可以提高时效析出mgzn2相带来的强化效果，有利于合金强度的提升。

3、本发明提供的zn-mg-ti中间合金及用于制备mg-zn系镁合金的方法，采用ti对mg-zn系合金进行微合金化改性，不仅可以起到商用合金中添加zr的晶粒细化作用，还具有ti的性能特点所带来的优势，包括密度小、耐蚀性强等，因而改善了mg-zn系镁合金的耐腐蚀性能。结果表明，与zk60镁合金相比，本发明提供的mg-zn-ti合金的塑性延伸率提高了25~75%，而腐蚀速度降低。

附图说明

图1（a）和（b）是含锌量相同的mg-zn二元和mg-zn-ti三元镁合金均匀化态的金相显微组织照片。

图2是本发明实施例1和实施例2获得的mg-zn-ti合金以及商用zk60镁合金在3.5%nacl溶液中的析氢速度曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

一种zn-mg-ti中间合金，以工业纯锌、纯镁及钛粉为原料，其重量百分比为：ti4.6%，mg12.8%，余量为zn。

采用将钛粉夹于两层锌块之间的布料方式，将锌和钛粉置于坩埚炉内，在co2+sf6混合气体保护气氛下，升温至500℃，使锌全部熔化，并适当搅拌；然后，在熔体中加入纯镁，继续升温至720℃，待镁全部熔化后保温40min，保温期间每间隔约10min搅拌一次，然后加入精炼剂除渣精炼；最后，将合金熔体浇注成型即得zn-mg-ti中间合金。

本发明提供的将该zn-mg-ti中间合金用于制备mg-zn系镁合金的方法，首先，在co2+sf6混合气体保护气氛下，于坩埚炉中加热熔化工业纯镁，保温5min，扒渣；接着，调整坩埚炉温至720℃，加入上述zn-mg-ti中间合金，加入量为7.5wt%；待全部熔化后，搅拌，保温30min，然后加入精炼剂除渣精炼；最后，将合金熔体浇注于预热至~350℃的模具中，获得成分为mg-6.2wt%zn-0.35wt%ti的mg-zn-ti三元镁合金。

实施例2：

一种zn-mg-ti中间合金，以工业纯锌、纯镁及钛粉为原料，其重量百分比为：ti3.4%，mg13.6%，余量为zn。

采用将钛粉夹于两层锌块之间的布料方式，将锌和钛粉置于坩埚炉内，在co2+sf6混合气体保护气氛下，升温至600℃，使锌全部熔化，并适当搅拌；然后，在熔体中加入纯镁，继续升温至780℃，待镁全部熔化后保温60min，保温期间每间隔约15min搅拌一次，然后加入精炼剂除渣精炼；最后，将合金熔体浇注成型即得zn-mg-ti中间合金。

本发明提供的将该zn-mg-ti中间合金用于制备mg-zn系镁合金的方法，首先，在co2+sf6混合气体保护气氛下，于坩埚炉中加热熔化工业纯镁，保温10min，扒渣；接着，调整坩埚炉温至735℃，加入上述zn-mg-ti中间合金，加入量为6wt%；待全部熔化后，搅拌，保温10min，然后加入精炼剂除渣精炼；最后，将合金熔体浇注于预热至~350℃的模具中，获得成分为mg-5.0wt%zn-0.28wt%ti的mg-zn-ti三元镁合金。

本发明提供的zn-mg-ti中间合金，成功实现了mg-zn系合金的ti微合金化改性，有效细化了mg-zn合金晶粒，附图1（a）和（b）分别是含锌量相同的mg-zn二元和mg-zn-ti三元镁合金均匀化态的金相显微组织照片，照片显示，与mg-zn合金相比，mg-zn-ti合金的晶粒尺寸明显细化；从组织照片中还可以观察到，mg-zn-ti合金中的第二相数量明显少于mg-zn合金，说明ti微合金化改性明显减少了α-mg+mgzn2共晶相的数量、有助于促进zn在基体中的溶解。这不仅有助于改善合金的耐腐蚀性能，还可以提高合金的塑性。

为了进一步说明该效果，将本发明实施例1和实施例2获得的mg-zn-ti合金，以及商用zk60合金，在3.5%nacl溶液中浸泡，测定各合金的析氢速度曲线，如附图2所示。从图2可以看出，zk60镁合金的腐蚀速度最大，而本发明实施例1和实施例2获得的mg-zn-ti合金，其腐蚀速度均有不同程度的降低，表明合金的耐腐蚀性能得到了改善。同时，对合金经过相同的热挤压制备成棒材，测试合金棒材的力学性能。结果表明，与zk60镁合金相比，本发明提供的mg-zn-ti合金的塑性延伸率提高了25~75%。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。