一种镁合金的制备方法
【专利摘要】本发明一种镁合金的制备方法，涉及铝作次主要成分的镁基合金，步骤是：按照所制得的镁合金的组分元素的质量百分比是，Al：4.4～5.4%、Mn：0.24～0.60%、Si：0.5～3%、Ce：1～3%、La：1～3%、杂质元素Zn≤0.22、杂质元素Cu≤0.01、杂质元素Fe≤0.005、杂质元素Ni≤0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，称取商用AM50镁锭、纯SiO2和商购的镁-铈镧中间合金，对商用AM50镁锭和纯SiO2原料的预处理之后，进行镁合金溶液的制备和精炼，最后浇注制成镁合金坯，在组成中添加铈镧合金克服了现有镁合金的综合性能较差和耐蚀性能低的缺陷。
【专利说明】一种镁合金的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明的技术方案涉及铝作次主要成分的镁基合金，具体地说是一种镁合金的制备方法。
【背景技术】
[0002]镁及镁合金是最轻的有色金属结构材料，具有较高的比强度和比刚度、良好的导电导热性能、磁屏蔽性、阻尼减震性能和可切削性，在航空、航天、汽车和电子等工业领域得到广泛应用。
[0003]镁及镁合金虽然有较多的优良性能，但也存在如下的缺陷和不足性能，从而限制了其应用范围的进一步扩大:
[0004]抗拉强度低，目前商用镁合金抗拉强度均<280MPa，尤其是高温力学性能较差。当温度升高时，现有商用镁合金的强度和抗蠕变性能大幅度下降，限制了其在结构和承重等领域的应用；
[0005]韧性差，目前商用镁合金延伸率普遍〈10%，限制了其加工成型的性能。
[0006]抗腐蚀性差，在空气中易氧化，一般在3-5天内基体表面将发生氧化变灰至黑。
[0007]现有技术力图通过各种强化方法来改善镁合金的综合性能。方法之一是在Mg-Al系合金中引入低成本合金元素Si，在晶界处形成细小弥散的Mg2Si,以提高镁合金抗蠕变性的Mg-Al-Si系镁合金近年来被大量研究，但Mg2Si多以粗大汉子状形貌出现，而汉子状形貌Mg2Si周围存在很大的应力集中，导致合金力学性能降低，限制了 Mg-Al-Si系镁合金应用范围。进而如何细化汉子状形貌Mg2Si被大量研究，CN101871067公开了一种锶变质含硅高强镁合金及其制备方法，通过在含Si镁合金中加入变质剂Sr，变质含Si镁合金中的Mg2Si强化相，细化合金晶粒尺寸，但锶的加入会导致合金形成气孔，降低了合金的塑性。CN102888544A公开了一种Sn、Si复合强化的新型耐热镁合金及其制备方法，通过添加Sn、Si与Mg生成Mg2SruMg2Si高温相，并通过T6处理提高合金强度和耐热性能，但该合金制作流程复杂且周期较长。另外，现有技术中仍缺乏对Mg-Al-Si系镁合金耐蚀性的研究，因此提高Mg-Al-Si系镁合金的综合性能，并解决其耐蚀性成为亟待解决的问题。
【发明内容】
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[0008]本发明所要解决的技术问题是:提供一种镁合金的制备方法，通过在组成中添加铈镧合金获得具有较高综合性能和耐蚀性能的Mg-Al-Si系镁合金，克服了现有Mg-Al-Si系镁合金的综合性能较差和耐蚀性能低的缺陷，扩大了 Mg-Al-Si系镁合金的应用范围。
[0009]本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:一种镁合金的制备方法，步骤是:
[0010]第一步，原料配置
[0011]按照所制得的镁合金的组分元素的质量百分比是，Al:4.4~5.4%、Mn:0.24~
0.60%、Si:0.5 ~3%、Ce:1 ~3%、La:1 ~3%、杂质元素 Zn ( 0.22、杂质元素 Cu ≤ 0.01、杂质元素Fe ( 0.005、杂质元素Ni ( 0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，称取商用AM50镁锭、纯SiO2和商购的镁-铈镧中间合金，上述商用AM50镁锭的组成元素分的质量百分比是，Al:4.4-5.4%、Mn:0.24-0.60%、Zn ≤ 0.22、Cu≤0.01、Fe ≤ 0.005,Si ≤ 0.10,Ni ≤ 0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，上述商购镁-铈镧中间合金的组成元素的质量百分比是，Mg:60%,Ce:20%和La:20% ；
[0012]第二步，商用AM50镁锭和纯SiO2原料的预处理[0013]将第一步称取的纯SiO2在200-450°C的温度下烘干，烘干时间为40分钟，在第一步称取的一块商用AM50镁锭上钻孔，孔径的大小以能填入全部称取的SiO2为准，将烘干好的纯SiO2置于钻好的孔中，并用另外的镁块将孔封住；
[0014]第三步，镁合金溶液的制备和精炼
[0015]将第二步处理过的商用AM50镁锭和纯SiO2原料放置于熔化坩埚内进行加热至所加入全部原料熔化，然后加入第一步中称取的商购的镁-铈镧中间合金，待加入的商购的镁-铈镧中间合金全部融化后搅拌10分钟，熔化过程采用SF6 = CO2的体积比为1:100的SF6-CO2保护气体保护，制得镁合金溶液，再将该镁合金溶液温度升至730°C，加入精炼剂并充分搅拌，搅拌时间为15分钟，然后降温至680°C，保温3小时，完成对该镁合金溶液的精炼；
[0016]第四步，浇注制成镁合金坯
[0017]将第三步制得的镁合金溶液撇去浮渣后，在SF6 = CO2的体积比为1:100的SF6-CO2保护气体下进行浇注，制成镁合金坯。
[0018]上述一种镁合金的制备方法,所述纯SiO2原料为粒径〈1_的SiO2颗粒,依据所制得镁合金中的组分元素Si的质量，按照S1: Si02=7:15换算得出的SiO2数量，来称取所需SiO2颗粒的用量。
[0019]上述一种镁合金的制备方法，所述精炼剂为RJ-2熔剂，其质量百分比为MgCl2:40%, KCl:35%, BaCl2:7%, CaF2:4%，杂质元素 NaCl+CaCl2 ≤8%, MgO ≤ 1.5%,不溶物≤ 1.5%,
H2O ( 3%。
[0020]上述一种镁合金的制备方法，所涉及的原料和精炼剂均通过商购获得，所用的设备和操作工艺均是本【技术领域】所公知的。
[0021]本发明的有益效果是:本发明的突出的实质性特点是:商用AM50镁合金的抗高温蠕变性能较差，一个主要原因就是分布在晶界处的β相(Mg17AL12)熔点较低，为473°C，在较高温度下易于变形，无法钉扎住晶界。Si以石英粉或石英砂的形式加入，通过石英粉或石英砂与镁发生原位放热自生反应生成Mg2Si相，Mg2Si具高熔点、高硬度、高弹性模量、优良的高温性能和热稳定性，在晶界处形成细小弥散分布的高温稳定相Mg2Si,稳定晶界提高蠕变抗力。铈镧混合稀土在镁合金熔体凝固过程中富集在液固界面前沿，形成成分过冷，以阻碍晶粒长大，因而有效细化合金组织。上述稀土与合金中铝结合生成稀土相Al11Re3，主要弥散分布于晶界处，能够有效地钉扎住晶界，阻碍晶界滑移，抑制晶内的位错攀移，使位错运动阻力增加，又起到抑制脆性β相Mg7Al12生成长大的作用，降低析出相与基体的电位差，使镁合金的微电偶腐蚀明显减轻，从而强化镁合金基体，使塑性变形均匀化，又大大降低了镁合金的腐蚀速率。
[0022]与现有技术相比，本发明的显著进步是:本发明方法制备的镁合金的强度、耐蚀性和抗蠕变性皆高于现有的镁合金(详见【具体实施方式】部分的表I和表2)，且制备方法简单，生产成本较低。
【具体实施方式】
[0023]实施例1
[0024]第一步，原料配置
[0025]按照所制得的镁合金的组成元素的质量百分比是，Al:5%、Mn:0.4%、S1:1.5%、Ce:1%、La:1%、杂质元素Zn≤0.22、杂质元素Cu ≤0.01、杂质元素Fe ≤ 0.005、杂质元素Ni ≤ 0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，称取商用AM50镁锭10kg、粒径〈1mm的纯SiO2颗粒0.47kg和商购的镁-铺镧中间合金0.5kg,所用商用AM50镁锭的组成元素分的质量百分比是，Al:5%、Mn:0.4%、Zn ≤ 0.22、Cu ≤ 0.0UFe ≤ 0.005、Si ≤0.10,Ni ≤ 0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，所用商购镁-铈镧中间合金的组成元素的质量百分比是，Mg:60%, Ce:20%和La:20% ；
[0026]第二步，商用AM50镁锭和纯SiO2原料的预处理
[0027]将第一步称取的纯SiO2在300°C的温度下烘干，烘干时间为40分钟，在第一步称取的一块商用AM50镁锭上钻孔，孔径的大小以能填入全部称取的SiO2为准，将烘干好的纯SiO2置于钻好的孔中，并用另外的镁块将孔封住；
[0028]第三步，镁合金溶液的制备和精炼
[0029]将第二步处理过的商用AM50镁锭和纯SiO2原料放置于熔化坩埚内进行加热至所加入全部原料熔化，然后加入第一步中称取的商购的镁-铈镧中间合金，待加入的商购的镁-铈镧中间合金全部融化后搅拌10分钟，熔化过程采用SF6 = CO2的体积比为1:100的SF6-CO2保护气体保护，制得镁合金溶液，再将该镁合金溶液温度升至730°C，加入精炼剂RJ-2熔剂并充分搅拌，搅拌时间为15分钟，然后降温至680°C，保温3小时，完成对该镁合金溶液的精炼，所述RJ-2熔剂中含质量百分比为MgCl240%、KC135%、BaCl27%、CaF24%、杂质元素 NaCl+CaCl2 ≤ 8%、MgO ≤ 1.5%、不溶物≤ 1.5% 和 H2O ≤ 3% ；
[0030]第四步，浇注制成镁合金坯
[0031]将第三步制得的镁合金溶液撇去浮渣后，在SF6 = CO2的体积比为1:100的SF6-CO2保护气体下进行浇注，制成镁合金坯。
[0032]实施例2
[0033]第一步，原料配置
[0034]按照所制得的镁合金的组成元素的质量百分比是，Al:5%、Mn:0.4%、S1:0.5%、Ce:2%、La:2%、杂质元素Zn ≤ 0.22、杂质元素Cu ≤ 0.01、杂质元素Fe ≤ 0.005、杂质元素Ni ≤ 0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，称取商用AM50镁锭10kg、粒径〈1mm的纯SiO2颗粒0.16kg和商购的镁-铺镧中间合金Ikg,所用商用AM50镁锭的组成元素分的质量百分比是，Al:5%、Mn:0.4%、Zn ≤ 0.22、Cu ≤0.0UFe ≤ 0.005、Si ≤ 0.10,Ni ≤ 0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，所用商购镁-铈镧中间合金的组成元素的质量百分比是，Mg:60%, Ce:20%和La:20% ；
[0035]第二步，商用AM50镁锭和纯SiO2原料的预处理
[0036]将第一步称取的纯SiO2在300°C的温度下烘干，烘干时间为40分钟，在第一步称取的一块商用AM50镁锭上钻孔，孔径的大小以能填入全部称取的SiO2为准，将烘干好的纯SiO2置于钻好的孔中，并用另外的镁块将孔封住；
[0037]第三步，镁合金溶液的制备和精炼
[0038]将第二步处理过的商用AM50镁锭和纯SiO2原料放置于熔化坩埚内进行加热至所加入全部原料熔化，然后加入第一步中称取的商购的镁-铈镧中间合金，待加入的商购的镁-铈镧中间合金全部融化后搅拌10分钟，熔化过程采用SF6 = CO2的体积比为1:100的SF6-CO2保护气体保护，制得镁合金溶液，再将该镁合金溶液温度升至730°C，加入精炼剂RJ-2熔剂并充分搅拌，搅拌时间为15分钟，然后降温至680°C，保温3小时，完成对该镁合金溶液的精炼，所述RJ-2熔剂中含质量百分比为MgCl240%、KC135%、BaCl27%、CaF24%、杂质元素 NaCl+CaCl2 ( 8%、MgO ( 1.5%、不溶物 1.5% 和 H2O ( 3% ；
[0039]第四步，浇注制成镁合金坯
[0040]将第三步制得的镁合金溶液撇去浮渣后，在SF6 = CO2的体积比为1:100的SF6-CO2保护气体下进行浇注，制成镁合金坯。
[0041]实施例3
[0042]第一步，原料配置
[0043]按照所制得的镁合金的组成元素的质量百分比是，Al:4.4%、Mn:0.6%、S1:1.5%、Ce:3%、La:3%、杂质元素Zn ( 0.22、杂质元素Cu ( 0.01、杂质元素Fe ( 0.005、杂质元素Ni ( 0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，称取商用AM50镁锭10kg、粒径〈1mm的纯SiO2颗粒0.94kg和商购的镁-铺镧中间合金1.5kg,所用商用AM50镁锭的组成元素分的质量百分比是，Al:5%、Mn:0.4%、Zn ( 0.22、Cu 0.0UFe 0.005、Si ( 0.10,Ni ( 0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，所用商购镁-铈镧中间合金的组成元素的质量百分比是，Mg:60%, Ce:20%和La:20% ；
[0044]第二步，商用AM50镁锭和纯SiO2原料的预处理
[0045]将第一步称取的纯SiO2在450°C的温度下烘干，烘干时间为40分钟，在第一步称取的一块商用AM50镁锭上钻孔，孔径的大小以能填入全部称取的SiO2为准，将烘干好的纯SiO2置于钻好的孔中，并用另外的镁块将孔封住；
[0046]第三步，镁合金溶液的制备和精炼
[0047]将第二步处理过的商用AM50镁锭和纯SiO2原料放置于熔化坩埚内进行加热至所加入全部原料熔化，然后加入第一步中称取的商购的镁-铈镧中间合金，待加入的商购的镁-铈镧中间合金全部融化后搅拌10分钟，熔化过程采用SF6 = CO2的体积比为1:100的SF6-CO2保护气体保护，制得镁合金溶液，再将该镁合金溶液温度升至730°C，加入精炼剂RJ-2熔剂并充分搅拌，搅拌时间为15分钟，然后降温至680°C，保温3小时，完成对该镁合金溶液的精炼，所述RJ-2熔剂中含质量百分比为MgCl240%、KC135%、BaCl27%、CaF24%、杂质元素 NaCl+CaCl2 ( 8%、MgO ( 1.5%、不溶物 1.5% 和 H2O ( 3% ；
[0048]第四步，浇注制成镁合金坯
[0049]将第三步制得的镁合金溶液撇去浮渣后，在SF6 = CO2的体积比为1:100的SF6-CO2保护气体下进行浇注，制成镁合金坯。
[0050]实施例4
[0051]按照所制得的镁合金的组分元素的质量百分比是，Al:5.4%、Mn:0.24%、S1:3%、Ce:2%、La:2%、杂质元素Zn 0.22、杂质元素Cu 0.01、杂质元素Fe 0.005、杂质元素Ni ≤ 0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，称取商用AM50镁锭10kg、粒径〈1mm的SiO2颗粒0.94kg和商购的镁-铺镧中间合金Ikg,所用商用AM50镁锭的组成元素分的质量百分比是，Al:5%、Mn:0.4%、Zn ≤ 0.22、Cu ≤ 0.01、Fe ≤ 0.005、Si ≤ 0.10,Ni ≤0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，所用商购镁-铈镧中间合金的组成元素的质量百分比是，Mg:60%, Ce:20%和La:20% ；
[0052]第二步，商用AM50镁锭和纯SiO2原料的预处理
[0053]将第一步称取的纯SiO2在200°C的温度下烘干，烘干时间为40分钟，在第一步称取的一块商用AM50镁锭上钻孔，孔径的大小以能填入全部称取的SiO2为准，将烘干好的纯SiO2置于钻好的孔中，并用另外的镁块将孔封住；
[0054]第三步，镁合金溶液的制备和精炼
[0055]将第二步处理过的商用AM50镁锭和纯SiO2原料放置于熔化坩埚内进行加热至所加入全部原料熔化，然后加入第一步中称取的商购的镁-铈镧中间合金，待加入的商购的镁-铈镧中间合金全部融化后搅拌10分钟，熔化过程采用SF6 = CO2的体积比为1:100的SF6-CO2保护气体保护，制得镁合金溶液，再将该镁合金溶液温度升至730°C，加入精炼剂RJ-2熔剂并充分搅拌，搅拌时间为15分钟，然后降温至680°C，保温3小时，完成对该镁合金溶液的精炼，所述RJ-2熔剂中含质量百分比为MgCl240%、KC135%、BaCl27%、CaF24%、杂质元素 NaCl+CaCl2 ≤ 8%、MgO ≤ 1.5%、不溶物≤ 1.5% 和 H2O≤ 3% ；
[0056]第四步，浇注制成镁合金坯
[0057]将第三步制得的镁合金溶液撇去浮渣后，在SF6 = CO2的体积比为1:100的SF6-CO2保护气体下进行浇注，制成镁合金坯。
[0058]上述所有实施例中，均是依据所制得镁合金中的组分元素Si的质量，按照S1:Si02=7:15换算得出的SiO2数量来称取所需SiO2颗粒的用量的。
[0059]表1列出了由实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所制得的四种镁合金的室温拉伸试样的抗拉强度、屈服强度和耐蚀性与现有技术典型铸造镁合金的室温拉伸试样的抗拉强度、屈服强度和耐蚀性的数据列。表2列出了在175°C和100小时条件的持久载荷作用下产生0.1%蠕变变形时的抗蠕变强度，对比可见，本发明方法制备的镁合金强度和耐蚀性抗蠕变性皆处于较好的水平。
[0060]表1.本发明方法制得的镁合金和现有技术典型铸造镁合金的拉伸试样性能对比
[0061]
【权利要求】
1.一种镁合金的制备方法，其特征在于步骤是: 第一步，原料配置 按照所制得的镁合金的组分元素的质量百分比是，Al:4.4-5.4%、Mn:0.24-0.60%、Si:0.5-3%、Ce:1-3%、La:1-3%、杂质元素Zn ( 0.22、杂质元素Cu ( 0.01、杂质元素Fe≤0.005、杂质元素Ni ( 0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，称取商用AM50镁锭、纯SiO2和商购的镁-铈镧中间合金，上述商用AM50镁锭的组成元素分的质量百分比是，Al:4.4-5.4%、Mn:0.24-0.60%、Zn ( 0.22、Cu≤0.01、Fe ( 0.005,Si ( 0.10,Ni ( 0.002和Mg为余量，以上各组分元素的质量百分比的总和为100%，上述商购镁-铈镧中间合金的组成元素的质量百分比是，Mg:60%,Ce:20%和La:20% ； 第二步，商用AM50镁锭和纯SiO2原料的预处理 将第一步称取的纯SiO2在200-450°C的温度下烘干，烘干时间为40分钟，在第一步称取的一块商用AM50镁锭上钻孔，孔径的大小以能填入全部称取的SiO2为准，将烘干好的纯SiO2置于钻好的孔中，并用另外的镁块将孔封住； 第三步，镁合金溶液的制备和精炼 将第二步处理过的商用AM50镁锭和纯SiO2原料放置于熔化坩埚内进行加热至所加入全部原料熔化，然后加入第一步中称取的商购的镁-铈镧中间合金，待加入的商购的镁-铈镧中间合金全部融化后搅拌10分钟，熔化过程采用SF6 = CO2的体积比为1:100的3?6-0)2保护气体保护，制得镁合金溶液，再将该镁合金溶液温度升至730°C，加入精炼剂并充分搅拌，搅拌时间为15分钟，然后降温至680°C，保温3小时，完成对该镁合金溶液的精炼； 第四步，浇注制成镁合金坯 将第三步制得的镁合金溶液撇去浮渣后，在SF6 = CO2的体积比为1:100的SF6-CO2保护气体下进行浇注，制成镁合金坯。
2.根据权利要求1所说一种镁合金的制备方法，其特征在于:所述纯SiO2原料为粒径<lmm的SiO2颗粒,依据所制得镁合金中的组分元素Si的质量,按照S1:Si02=7:15换算得出的SiO2数量，来称取所需SiO2颗粒的用量。
3.根据权利要求1所说一种镁合金的制备方法，其特征在于:所述精炼剂为RJ-2熔剂，其质量百分比为MgCl2:40%, KCl:35%，BaCl2:7%, CaF2:4%，杂质元素NaCl+CaCl2 ( 8%, MgO ( 1.5%,不溶物≤ 1.5%, H2O ( 3%。
【文档编号】C22C1/03GK103451459SQ201310421951
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月14日 优先权日:2013年9月14日
【发明者】陈晓伟, 樊育韶, 赵维民 申请人:天津六合镁制品有限公司