专利名称：一种镁合金用含氮细化剂及其制备方法和使用方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，特别是涉及一种用于细化镁合金的镁合金用细 化剂及其制备方法。
技术背景近年来，镁合金在通讯、电子和汽车行业中应用发展迅速，但镁合金密排 六方的晶体结构决定了它的塑性变形能力较差，提高镁合金的力学性能和加工 性能显得极为重要。实践证明，细小等轴的晶粒组织能改善镁合金的塑性变形 能力，拥有更高的强度。迄今为止，镁合金的晶粒细化方法已经有很多种，例如过热法、Elfmal 方法(即加入FeCl3)、碳变质法、熔体搅拌法、添加微粒如A14C3、 SiC、 TiC 和溶质原子如Sr、 B、 Ce、 Nd、 Y、 La、 C等。而在这些方法中，存在处理温度 高、持效时间短、工艺不便、降低镁合金耐腐蚀性能等问题。而在碳变质法中， 在变质过程中会放出大量的氯气，对环境和人体产生很大的危害，而且这种方 法的衰退期比较短， 一般在30分钟左右。在镁基增强复合材料中，原位反应方法用于合成Mg2Si/Mg、 TiC/Mg、 MgO/Mg等复合材料，而本发明利用Mg3N2和Al的原位反应 Mg3N2+2Al—2AlN+3Mg，在镁铝合金中生成细小的A1N，作为细化镁合金的核 心，在行业内尚未见报道，具有一定的创新性。合金的自腐蚀电位越高，热力学稳定性就越高，耐腐蚀性能越好。通过在 3.5wt。/。NaCl溶液中的电化学腐蚀试验研究证明，加入该镁合金细化剂后，自腐 蚀电位略有提高，从而提高了合金的耐腐蚀性能。 发明内容本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种能对镁合金进行高效细化、 提高镁合金耐腐蚀性能，并且使用方便的镁合金用细化剂及其制备方法。 本发明是通过以下技术方案实现的。采用原位反应方法生成含氮化铝的镁合金细化剂，具体方法如下采用真空电磁感应炉做为熔炼设备，首先抽真空(真空度为5Pa)，然后回 充氩气防止镁合金挥发。将纯镁和纯铝(>99.9%)按7 9: 1 3的质量比置于 钢制坩埚中，升温至750 850°C，待二者完全熔化后，用电磁感应炉的加料装 置加入用铝箔包裹的Mg3N2粉末，加入量为铝镁熔体质量的3% 4%，氮化镁 粉体的颗粒度为20 30pm，纯度为99%，保温30 60分钟，浇注成中间合金 锭，即得到含氮镁合金细化剂。使用上述方法制备的含氮镁合金用细化剂，其各组份的质量百分数为镁 70 90%，铝9 29%，氮化铝1 2%。使用时，按照0.5 1.5%的比例向镁合金熔体加入含氮镁合金细化剂，添加 时镁合金熔体温度为700 750°C，保温20 30分钟。与现有技术相比，本发明的优点在于-1. 由于用本方法所得细化剂为棒状产品，其组织内部含有大量细小的氮化 铝，加入镁合金熔体后，氮化铝起到镁晶粒异质晶核的作用，从而细化镁合金 的晶粒，达到高效细化，提高镁合金强韧性的目的。工业用AZ31镁合金在添加 该细化剂后，其抗拉强度、屈服强度和伸长率均得到提高。2. 工艺简单，添加量和细化效果易于控制。3. 使用该细化剂制备的镁合金提高了耐腐蚀性能。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。实施例l细化剂的制备将电磁感应炉抽真空，回充氩气，将900g纯镁、100g纯铝(>99.9%)放入 真空电磁感应炉加热到750°C，待完全熔化后，通过加料盒加入用铝箔包裹的 30g氮化镁粉体(氮化镁粉体的颗粒度为30pm)，利用感应炉的电磁感应效应搅 拌熔体，保温30分钟，浇注出中间合金锭，即得到含氮化铝的镁合金细化剂。 所制得的细化剂的化学成份为镁90%，铝9%，氮化铝1%。细化工艺在C02+SF6气体保护电阻坩埚炉中加入工业用AZ31镁合金锭2000g，待合 金熔化后，加入0.5%的镁合金细化剂，熔化后充分搅拌合金熔体，在70(TC保 温静置20分钟后，浇注入金属型中。试样机械加工为标准的拉伸试样。晶粒尺 寸、拉伸性能和自腐蚀电位结果如下晶粒尺寸 抗拉强度屈服强度 (lim) (MPa) (MPa)未加细化剂200 400 165 180 42 44添加细化剂150 200 180 190 45 50实施例2细化剂的制备将电磁感应炉抽真空，回充氩气，将800g镁、200g铝加热到80(TC，待合 金完全熔化后，通过加料盒加入用铝箔包裹的35g氮化镁粉体(氮化镁粉体的 颗粒度为25pm)，利用感应炉的电磁感应效应搅拌熔体，保温45分钟，浇注出 中间合金锭，即得到含氮化铝的镁合金细化剂。所制得的细化剂的化学成份为 镁79%，铝19.5%，氮化铝1.5%。伸长率 自腐蚀电位(%) (V)8 9 -1.425V9 10 -1.411V细化工艺
在C02+SF6气体保护电阻坩埚炉中加入工业用AZ31镁合金锭2000g，待合 金熔化后，加入1%的细化剂，熔化后充分搅拌合金熔体，在730'C保温静置20 分钟后，浇注入金属型中。试样机械加工为标准的拉伸试样。晶粒尺寸、拉伸 性能和自腐蚀电位结果如下
晶粒尺寸 抗拉强度屈服强度伸长率 自腐蚀电位 (拜) (MPa) (MPa) (%) (V)
未加细化剂200 400165 180 42 44 8 9 -1.425V 添加细化剂130 180190 196 47 53 10 11 -1.396V 实施例3
细化剂的制备
将电磁感应炉抽真空，回充氩气，将700g镁、300g铝加热到85(TC,待合 金完全熔化后，通过加料盒加入用铝箔包裹的40g氮化镁粉体(氮化镁粉体的 颗粒度为20pm)，利用感应炉的电磁感应效应搅拌熔体，保温60分钟，浇注出 中间合金锭，即得到含氮化铝的镁合金细化剂。所制得的细化剂的化学成份为 镁70%，铝28%，氮化铝2%。
细化工艺
在C02+SF6气体保护电阻坩埚炉中加入工业用AZ31镁合金锭2000g，待 合金熔化后，加入1.5%的细化剂，熔化后充分搅拌合金熔体，在75(TC保温静 置20分钟后，浇注入金属型中。试样机械加工为标准的拉伸试样。晶粒尺寸、 拉伸性能和自腐蚀电位结果如下
晶粒尺寸 抗拉强度屈服强度伸长率 自腐蚀电位 (pm) (MPa) (MPa) (%) (V)未加细化剂200 400 165 180 42 44 8 9 -1.425V 添加细化剂140 190185 192 46 519 10 -1.408V
细化剂的制备
将电磁感应炉抽真空，回充氩气，将900g纯镁、100g纯铝(>99.9%)放入 真空电磁感应炉加热到850°C，待完全熔化后，通过加料盒加入用铝箔包裹的 40g氮化镁粉体(氮化镁粉体的颗粒度为30pm)，利用感应炉的电磁感应效应搅 拌熔体，保温30分钟，浇注出中间合金锭，即得到含氮化铝的镁合金细化剂。 所制得的细化剂的化学成份为镁89%,铝9.5，氮化铝1.5%。
细化工艺
在C02+SF6气体保护电阻坩埚炉中加入工业用AZ31镁合金锭2000g，待合 金熔化后，加入1.5%的镁合金细化剂，熔化后充分搅拌合金熔体，在70(TC保 温静置20分钟后，浇注入金属型中。试样机械加工为标准的拉伸试样。晶粒尺 寸、拉伸性能和自腐蚀电位结果如下 晶粒尺寸 (jxm)
未加细化剂200 400 添加细化剂130 180
实施例5
细化剂的制备
将电磁感应炉抽真空，回充氩气，将800g纯镁、200g纯铝(>99.9%)放入 真空电磁感应炉加热到800°C，待完全熔化后，通过加料盒加入用铝箔包裹的 30g氮化镁粉体(氮化镁粉体的颗粒度为3(Vm)，利用感应炉的电磁感应效应搅
抗拉强度屈服强度伸长率自腐蚀电位
(MPa)(MPa)(%)(V)
165 18042 448 9-1.425V
190 19848 5310 11-1.407V拌熔体，保温30分钟，浇注出中间合金锭，即得到含氮化铝的镁合金细化剂。 所制得的细化剂的化学成份为镁81%，铝17.8%，氮化铝1.2%。
细化工艺
在C02+SF6气体保护电阻坩埚炉中加入工业用AZ31镁合金锭2000g，待合 金熔化后，加入0.5%的镁合金细化剂，熔化后充分搅拌合金熔体，在730'C保 温静置20分钟后，浇注入金属型中。试样机械加工为标准的拉伸试样。晶粒尺 寸、拉伸性能和自腐蚀电位结果如下
晶粒尺寸 抗拉强度屈服强度伸长率 自腐蚀电位
未加细化剂200 400 添加细化剂150 190
(MPa)
(MPa)
165 180 42 44 180 190 45 50
(%) 8 9 9 10
(V) -1.425V -1.413V
实施例6
细化剂的制备
将电磁感应炉抽真空，回充氩气，将700g纯镁、300g纯铝(>99.9%)放入 真空电磁感应炉加热到750°C，待完全熔化后，通过加料盒加入用铝箔包裹的 35g氮化镁粉体(氮化镁粉体的颗粒度为30pm)，利用感应炉的电磁感应效应搅 拌熔体，保温30分钟，浇注出中间合金锭，即得到含氮化铝的镁合金细化剂。 所制得的细化剂的化学成份为镁70.5%，铝28%，氮化铝1.5%。
细化工艺
在C02+SF6气体保护电阻坩埚炉中加入工业用AZ31镁合金锭2000g，待合 金熔化后，加入1%的镁合金细化剂，熔化后充分搅拌合金熔体，在700。C保温 静置20分钟后，浇注入金属型中。试样机械加工为标准的拉伸试样。晶粒尺寸、 拉伸性能和自腐蚀电位结果如下晶粒尺寸未加细化剂200 400 添加细化剂140 180抗拉强度屈服强度(MPa) (MPa)165 180 42 44185 195 46 50伸长率 自腐蚀电位(%) (V)8 9 -1.425V9 10 -1.409V
权利要求
1.一种镁合金用含氮细化剂的制备方法，其特征在于将真空电磁感应炉抽真空并回充氩气，按7～9∶1～3的质量比分别加入纯镁和纯铝，升温至750～850℃，待合金完全熔化后，加入用铝箔包裹的Mg3N2粉末，加入量为铝镁熔体质量的3％～4％，保温30～60分钟，浇注，即得产物。
2. 依照权利要求1所述镁合金用含氮细化剂制备方法，其特征在于Mg3N2 粉末的颗粒度为20 30pm，纯度为99%。
3. 依照权利要求l所制得的镁合金用含氮细化剂，其特征在于各组分的 质量百分比为镁70 90%，铝9 29%，氮化铝1 2%。
4. 镁合金用含氮细化剂的使用方法，其特征在于在制备镁合金的过程中 添加细化剂，添加量为0.5 1.5%，加入温度为700 750°C。
全文摘要
本发明提供了一种镁合金用含氮细化剂的制备方法，即在真空电磁感应炉中按7～9∶1～3的质量比分别加入纯镁和纯铝，升温至合金完全熔化后，按照铝镁熔体质量的3％～4％加入Mg<sub>3</sub>N<sub>2</sub>粉末，保温浇注；所得含氮细化剂各组分的质量百分比为镁70～90％；铝9～29％；氮化铝1～2％；在制备镁合金的过程中添加细化剂，添加量为0.5～1.5％，加入温度为700～750℃。使用该细化剂制备Mg-Al系镁合金可以达到细化镁合金晶粒、提高镁合金强韧性和耐腐蚀性能的目的，且工艺简单，添加量和细化效果易于控制。
文档编号C22C23/00GK101250629SQ200810049548
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月15日 优先权日2008年4月15日
发明者关绍康, 刘旭东, 周占霞, 翁康荣, 赵红亮 申请人:郑州大学