专利名称：多元复合丝状Mg-Sr(Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于镁及镁合金领域，涉及多元复合丝状晶粒细化变质剂及其制备方法。
背景技术：
镁合金作为轻合金结构材料之一，具有密度轻、比强度、比刚度高、易回收等优点， 其结构件以被广泛用于汽车制造业中，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。镁及镁合金晶粒易粗化，导致力学性能大大降低。采用细化剂、变质剂可细化镁合金晶粒、优化合金组织，改善镁合金铸件的力学特性、耐蚀性和耐热性能。金属Sr、Al-Sr中间合金是目前Mg合金中常用的变质剂，但直接以金属Sr的形式加入往往存在分布不均、烧损严重等问题，而以Al-Sr 中间合金的形式加入又存在Al-Sr中间合金中多为过共晶组织，致使合金中含有大量粗大的高温相Al4Sr,因而该合金溶解吸收缓慢，Sr的烧损严重且效果不佳；而Mg-Sr中间具有能阻止高温氧化和减少锶的氧化烧损；有效避免因添加Al-Sr合金而造成的铝含量超标和引入其它杂质等优点，但如何进一步提高其变质有效期和对镁合金的细化效果是目前面临的主要问题。同时，根据有关报道，稀土元素也能有效细化镁合金晶粒，但往往采用纯的单一稀土元素添加，由于纯的单一稀土元素价格昂贵，成本高，应有受到限制。另外，传统的晶粒细化变质剂的添加方式是在镁合金熔炼过程中，往熔液中加入铸锭状(华肤锭)变质剂进行熔炼，这种添加方式的弊端在于一方面细化变质剂的分布不均勻，另一方面细化变质剂中有效成分，如Sr等烧损严重，导致最终得到的成品细化效果不佳、性能不稳定。
发明内容
针对上述不足，本发明重在提供一种用于镁及镁合金的多元复合丝状晶粒细化变质剂及其制备方法。本发明所述复合丝状晶粒细化变质剂，除含镁外，还包含锶、钡元素中的至少一种，以及稀土元素，其组分为镁80 99 %，锶(钡)0. 5 19 %，混合稀土 0. 5 19 % ；其中，锶、钡两种元素
至少有一种存在；上述混合稀土为自制或市售的任意一种含稀土元素大于或等于2的稀土混合物。本发明所述多元复合丝状Mg-Sr (Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂，其制备方法的工艺步骤如下(1)配料原料为镁、锶(钡)、混合稀土，按照上述配方所述的镁、锶(钡)、混合稀土的重量百分数计算和秤量所述原料；⑵熔炼浇铸将步骤(1)配好的镁置于加热炉中，通惰性气体形成保护气氛或加覆盖剂，然后加热使其形成650°C 750°C的熔融镁液，再将步骤(1)中称量好的锶(钡)、混合稀土加入镁熔液中并搅拌均勻后，在650°C 750°C保温0. 1 2小时，然后浇铸成铸锭，冷却至室温后去掉铸锭表面的氧化皮，即得到Mg-Sr (Ba)-混合稀土铸锭；或者是将步骤(1)配好的镁、锶(钡)、混合稀土置于真空感应熔炼炉中，抽真空到 l*10’a后，加热到650°C 750°C，待全部变为溶液后，保持功率5到10分钟，静止5_10分钟后浇铸，即得到Mg-Sr (Ba)-混合稀土铸锭；(3)冷拔拉丝或热轧将步骤( 得到的铸锭在冷拔拉丝机上或热轧机上进行热挤压拉丝，即得到复合 Mg-Sr (Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂丝；(4)剪切成丝将将步骤C3)得到的复合丝状Mg-Sr(Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂，剪切成 3-10cm的短丝，即得多元复合丝状Mg-Sr (Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂成品。本发明具有以下有益效果1、加入混合稀土元素，尤其是采用成本相对低廉的无Nd少Ce的La、Pr、Ce混合稀土，比传统中间合金中单一稀土元素加入更经济，可有效降低生产成本。2、将混合稀土与Sr和/或Ba同时添加，通过多元复合所表现出来的细化晶粒的效果和力学性能，并不是它们单独加入时的简单的线性叠加，而是表现出极为复杂的复合作用，因而更能有效地细化晶粒，进一步提高其变质有效期。3、本发明所制备的细化变质剂为丝状既可以在熔炼镁合金时添加，更适合在镁合金溶液浇铸过程中，配合镁合金溶液流速，以喂丝的方式添加，即细化变质剂的添加速度/ 熔液流动速度比例进行添加变质剂，也就是向流动的熔液中添加变质剂，随着熔液流动速度的大小，添加特定量的丝状的变质剂。这种添加方式有效解决了传统以铸锭状变质剂添加方式中存在细化变质剂分布不均勻的问题，同时丝状相对块状而言更易熔融，既保证所得熔液成分均勻，又保证了 Sr等有效成分的收得率，细化和变质效果更好。4、本发明所述方法工艺简单，原料易于获取，且有利于均衡利用资源，降低生产成本，因而便于工业化生产。
具体实施例方式下面通过成分和工艺最优化后的实施例对本发明所述复合丝状晶粒细化变质剂的制备方法作进一步说明。实施例1本实施例所用原料及工艺步骤如下原料为镁块8. 91kg，锶30g，钡15g，混合稀土 45g(混合稀土中含20% Ce,80% La)。将计量好的镁块放入加热炉中，并通入氩气，流量1. 5L/min，待通入氩气排除炉内空气后(约:3min)加热至650°C形成熔融镁液，然后加入称量好的锶、钡和混合稀土于熔融镁液中搅拌均勻，并于650°C保温0. lh，保温结束后随炉冷却到100°C以下出炉，浇注后得到铸锭，去掉铸锭表面的氧化皮，然后在热轧机上进行热挤压拉丝，再剪切成5cm的短丝，即得到复合丝状99% Mg-O. 33% Sr-O. 17% Ba-O. 5%混合稀土晶粒细化变质剂。实施例2
本实施例所用原料及工艺步骤如下原料为镁块7. 2kg，锶1. 71kg，混合稀土 90g(混合稀土中含30% Ce,35% La,35% Pr)。将计量好的镁块、锶和混合稀土置于真空感应加热炉中，抽真空到1*10_如后，加热到 700°C，待全部变为溶液后，保持功率5分钟，静止10分钟后浇铸，即得到Mg-Sr (Ba)-混合稀土铸锭；然后在冷拔拉丝机上拉丝，再剪切成3cm的短丝，即得到复合丝状80% Mg-19% Sr-I %混合稀土晶粒细化变质剂。实施例3本实施例所用原料及工艺步骤如下原料为镁块7. 2kg，钡90g，混合稀土 1.71kg(混合稀土中含10% Ce、30% La、 50% Pr、10% Nd)。将称量好的镁块、钡和混合稀土置于真空感应加热炉中，抽真空到 1*10_2!^后，加热到720°C，待全部变为溶液后，保持功率10分钟，静止5分钟后浇铸，即得到Mg-Sr (Ba)-混合稀土铸锭；然后在冷拔拉丝机上拉丝，再剪切成3cm的短丝，即得到复合丝状80% Mg-I % Ba-19%混合稀土晶粒细化变质剂。实施例4本实施例所用原料及工艺步骤如下原料为镁块8kg，钡500g，锶500g，混合稀土 lkg(混合稀土中含10% Ce,35% La、 50% Pr,5% Nd)，氯化钠350g。将计量好的镁块置于加热炉中加热至750°C形成熔融镁液，加入计量好的氯化钠，然后向熔融镁液中加入计量好的钡、锶、混合稀土，搅拌均勻后在 750°C保温0. lh，保温结束后随炉冷却到100°C以下出炉，浇注后得到铸锭，去掉铸锭表面的氧化皮，然后在冷拔拉丝机上拉丝，再剪切成4cm的短丝，即得到复合丝状80% Mg-5% Ba-5 % Sr-IO %混合稀土晶粒细化变质剂。实施例5本实施例所用原料及工艺步骤如下原料为镁块4. 5kg，钡250g，混合稀土 250g(混合稀土中含50% Ce、5% La,20% Pr,5% NdUO% Sm, 10% Dy)，氯化钠200g。。将计量好的镁块置于加热炉中加热至700°C 形成熔融镁液，加入计量好的氯化钠，然后向熔融镁液中加入计量好的钡粉、混合稀土，搅拌均勻后在750°C保温1.池，保温结束后随炉冷却到100°C以下出炉，浇注后得到铸锭，去掉铸锭表面的氧化皮，然后在冷拔拉丝机上拉丝，再剪切成IOcm的短丝，即得到复合丝状 90% Mg-5% Ba-5%混合稀土晶粒细化变质剂。
权利要求
1.一种多元复合丝状Mg-Sr (Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂，其特征在于该多元复合丝状晶粒细化变质剂为3-lOcm的丝状，其组分为镁80 99%，锶(钡)0. 5 19%，混合稀土 0. 5 19%，其中，锶、钡两种元素至少有一种。
2.根据权利要求1所述的多元复合丝状Mg-Sr(Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂，其特征在于所述的混合稀土为为自制或市售的任意一种含稀土元素大于或等于2的稀土混合物。
3.根据权利要求1所述的多元复合丝状Mg-Sr(Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂，其特征在于该多元复合丝状Mg-Sr (Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂的制备方法的工艺步骤如下(1)配料原料为镁、锶(钡)、混合稀土，按照上述配方所述的镁、锶(钡)、混合稀土的重量百分数计算和秤量所述原料；(2)熔炼浇铸将步骤(1)配好的镁置于加热炉中，通惰性气体形成保护气氛或加覆盖剂，然后加热使其形成650°C 750°C的熔融镁液，再将步骤(1)中称量好的锶(钡)、混合稀土加入镁熔液中并搅拌均勻后，在650°C 750°C保温0. 1 2小时，然后浇铸成铸锭，冷却至室温后去掉铸锭表面的氧化皮，即得到Mg-Sr (Ba)-混合稀土铸锭；或者是将步骤(1)配好的镁、锶(钡)、混合稀土置于真空感应熔炼炉中，抽真空到后，加热到650°C 750°C，待全部变为溶液后，保持功率5到10分钟，静止5_10分钟后浇铸，即得到Mg-Sr (Ba)-混合稀土铸锭；(3)冷拔拉丝或热轧将步骤( 得到的铸锭在冷拔拉丝机上或热轧机上进行热挤压拉丝，即得到复合 Mg-Sr(Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂丝；(4)剪切成丝将将步骤C3)得到的复合丝状Mg-Sr(Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂，剪切成3-lOcm 的短丝，即得多元复合丝状Mg-Sr (Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂成品。
全文摘要
本发明提供了一种多元复合丝状Mg-Sr(Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂，其组分为镁80～99％，锶(钡)0.5～19％，混合稀土0.5～19％；其中，锶、钡两种元素至少有一种存在，混合稀土为自制或市售的任意一种含稀土元素大于或等于2的稀土混合物，该晶粒细化变质剂采用熔炼法制得，其具体工艺步骤为(1)配料；(2)熔炼浇铸；(3)冷拔拉丝或热轧；(4)剪切成丝。上述多元复合丝状Mg-Sr(Ba)-混合稀土晶粒细化变质剂具有制备简单、细化效果好，成本低的特点。
文档编号C22C1/02GK102251160SQ20101017720
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者刘颖, 叶金文, 尹忠涛, 涂铭旌, 赵贵荣, 邓莉 申请人:四川大学, 扬州宏福铝业有限公司