一种镁合金晶粒细化剂的制备方法与流程

本发明属于有色金属铸造成型相关技术领域，涉及一种镁合金晶粒细化剂的制备方法。

背景技术：

镁合金具有低密度、高比强度、高阻尼性、高导电性、良好电磁屏蔽性和尺寸稳定性，特别是镁合金具有资源丰富，制造成本低，易回收、无污染等环保特性，被视为当今的“绿色金属”。作为一种重要的轻质结构金属材料，镁合金在汽车制造、通讯电子、航空航天等工业领域具有广泛的应用前景。

由于镁是密排六方(HCP)结构材料，其塑性变形在室温下仅限于基面{0001}<11-20>滑移及锥面{10-12}<10-11>孪生，因此镁合金的室温塑性加工能力较差。因而，大多数镁合金制品的加工仅限于铸造(Casting)特别是压铸成型，而工业广泛应用的锻压(Forging)、挤压(Extrusion)、轧制(Rolling)等塑性加工制备的变形镁合金制品则很少，极大地限制了镁合金的应用范围。因此，有效地改善和提高镁合金室温塑性是解决镁合金工程应用的关键。

目前国内外在变形镁合金研究方面主要侧重于合金成分设计(合金化)、析出强化、晶粒细化及材料加工成型技术等方面，力图以此改善和提高镁合金的强度、塑性、抗腐蚀、抗蠕变和疲劳等性能。研究表明，晶粒细化对镁合金的塑性和力学性能的提高，其潜力要远远大于铝合金，因此如何选取合适的铸造镁合金晶粒细化剂就显得十分重要了。细化后的铸造镁合金不但可以提高铸态镁合金的强度和韧性，也可以提高铸态镁合金的塑性加工的加工效率和成功率。

技术实现要素：

为了改善铸造镁合金的塑性和力学性能，本发明提供了一种新型镁合金晶粒细化剂，对所有含铝铸造镁合金有明显晶粒细化效果。

本发明的技术方案：

一种镁合金晶粒细化剂的制备方法，步骤如下：

将含铝镁合金在低碳钢坩埚或石墨坩埚内，利用电阻炉熔炼；待铝镁合金融化后，加入铝镁合金质量百分数为0.5-5％的碳酸镁粉末，粉末充分反应后在700℃-740℃内保温5-30min浇铸到模具中，冷却至室温后，在350℃-400℃固溶处理16-20小时，即得晶粒细化后的含铝镁合金。

本发明的有益效果：本制备方法得到的镁合金晶粒细化剂成本低、无污染、细化效果明显。不添加碳酸镁粉末的AZ31镁合金，在740℃保温20分钟浇铸后的晶粒度约为370μm，如附图1所示。添加质量百分数0.5％-5％的碳酸镁粉末后，在740℃保温20分钟浇铸后的晶粒度约为117μm，如附图2所示，晶粒度细化了68.4％。碳酸镁粉末添加到其他含铝镁合金后，同样可以得到良好的晶粒细化效果。

附图说明

图1是铸造AZ31镁合金微观组织。

图2是含0.5％-5％碳酸镁粉末的铸造AZ31镁合金微观组织。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

一种镁合金晶粒细化剂的制备方法，步骤如下：

将含铝镁合金50g在低碳钢坩埚或石墨坩埚内，利用电阻炉熔炼。待铝镁合金融化后加入2g碳酸镁粉末，粉末充分反应后在700内保温25min浇铸到模具中，冷却至室温后，在380℃固溶处理20小时，即得晶粒细化后的含铝镁合金。

含铝镁合金与加入碳酸镁的含铝镁合金的微观组织均为等轴晶，添加碳酸镁粉末后，含铝镁合金的晶粒度由370μm细化到117μm，晶粒细化了68.4％。随着镁合金中铝含量的不同，碳酸镁粉末同样具有很强的晶粒细化效果。

碳酸镁粉末加入到含铝镁合金中后，发生如下反应：

MgCO₃→MgO+CO₂ (1)

CO₂+Al+Mg→Al₄C₃+O₂+MgO (2)

反应生成物MgO和Al₄C₃与Mg的晶格错配度均小于10％，从晶体学角度看，MgO和Al₄C₃都是非常好的镁合金晶粒的异质形核核心。试验结果表明，质量分数为0.5％-5％的碳酸镁粉末添加量，晶粒细化效果最好。