專利名稱：一種同時具有精煉和細(xì)化作用的鎂合金細(xì)化劑及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金細(xì)化劑。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會，能源和環(huán)境問題日益成為人們關(guān)注的焦點。為了降低能耗，減少汽車尾氣造成的環(huán)境污染，汽車的輕量化成為世界各大汽車廠商極力追求的目標(biāo)之一。而鎂合金作為最輕質(zhì)的工程結(jié)構(gòu)材料，因其具有比重輕、比強(qiáng)度比剛度高、阻尼減振降燥能力強(qiáng)、能屏蔽電磁輻射和易于回收利用等優(yōu)點，使其特別適合于汽車、摩托車等交通工具和計算機(jī)、通訊、儀器儀表和軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用，被譽(yù)為21世紀(jì)“綠色結(jié)構(gòu)材料”。自20世紀(jì)90年代以來，鎂合金在世界汽車工業(yè)中的應(yīng)用正以每年約20％的速度增長，但目前國內(nèi)外現(xiàn)有鎂合金的力學(xué)性能等還難以滿足當(dāng)前及今后汽車、飛機(jī)等運載機(jī)械零部件工業(yè)的發(fā)展要求。因此，人們正從合金成分優(yōu)化、細(xì)化處理及熱處理等方面對鎂合金進(jìn)行研究，以期提高其綜合力學(xué)性能。而在改善鎂合金力學(xué)性能的各種工藝措施中，通過細(xì)化處理細(xì)化鎂合金的晶粒被認(rèn)為是提高鎂合金綜合力學(xué)性能和改善其質(zhì)量的關(guān)鍵。一般而言，晶粒細(xì)化對鎂合金性能的影響作用主要體現(xiàn)在以下幾方面①由于鎂合金為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，室溫下只有三個獨立的滑移系，合金的塑性變形能力較差，晶粒大小對力學(xué)性能的影響比體心立方或面心立方晶體結(jié)構(gòu)的合金更為顯著，而細(xì)小的晶粒則有助于提高合金的力學(xué)性能和塑性變形能力；②由于鎂合金結(jié)晶溫度范圍寬、熱導(dǎo)率較低、體收縮較大，晶粒粗化傾向嚴(yán)重，并且在凝固過程中易產(chǎn)生縮松、熱裂等鑄造缺陷，而細(xì)小的晶粒則有助于減少熱裂和疏松等鑄造缺陷，從而使合金的性能得到提高；③細(xì)小品粒有助于縮短合金鑄態(tài)組織中品界上Mg17Al12等合金相在熱處理時的固溶擴(kuò)散距離，從而使合金的熱處理效率得到提高。此外，細(xì)小的晶粒還有助于改善鎂合金的耐腐蝕性能和加工性能。也正是看到細(xì)化處理對于鎂合金性能的改善作用，因此國內(nèi)外對于鎂合金的細(xì)化處理研究一直給以了廣泛的關(guān)注和高度的重視。
文獻(xiàn)“冶金與材料匯刊(Metallurgical and Materials Transactions，2000，31A2895)”和“鑄造(Foundry，2005，54(4)315)”對鎂合金的晶粒細(xì)化方法進(jìn)行了研究和綜述，提出目前主要采用以下方法來細(xì)化鎂合金的晶粒1)熔體過熱法，即將合金熔體過熱到高于熔點的某一溫度范圍內(nèi)并保溫較短的時間后，快速冷卻到澆注溫度進(jìn)行鑄造；2)熔體攪拌法，即通過強(qiáng)磁場、超聲波或機(jī)械攪拌等方式對合金熔體施加強(qiáng)烈外力以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的；3)在含鋁鎂合金中加入含碳物質(zhì)(如碳酸鈣、碳酸鎂、粒狀石墨和燈黑等)或通入含碳?xì)怏w(如二氧化碳、乙炔和天然氣)；4)加入其他合金元素，如鋯(Zr)和鈣(Ca)等。然而，以上方法分別存在著不同的問題而使其應(yīng)用受到不同程度的限制。如熔體過熱法由于需要將鎂合金熔體加熱到高溫，增大了鎂合金熔液的氧化損失和吸氣量，增加了能量和坩堝的消耗，而且由于雜質(zhì)和熔體合金的密度均減小，不利于雜質(zhì)的分離。此外，含鐵量的增大還會大大降低合金的抗腐蝕性能。熔體攪拌法存在工藝不便或操作復(fù)雜等問題；在含鋁鎂合金中加入含碳物質(zhì)或通入含碳?xì)怏w需要合金中含有0.5％以上鋁時，才能起到有效的細(xì)化作用。此外，鋯由于與鎂合金中的鋁等合金元素反應(yīng)使細(xì)化作用失效，因此其對除Mg-Zn-(Y)外的大多數(shù)鎂合金是不適用的，而加鈣則容易導(dǎo)致合金在鑄造過程中出現(xiàn)熱裂缺陷。也正是由于上述存在的問題，造成前面提到的這些鎂合金細(xì)化方法的應(yīng)用都受到了一定程度的限制，從而影響了鎂合金的大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述方法的不足，提出一種能對鎂合金進(jìn)行高效細(xì)化，且同時還具有精煉作用的鎂合金細(xì)化劑及其使用方法。
本發(fā)明通過以下方式為來實現(xiàn)上述目的。
一種同時具有精煉和細(xì)化作用的鎂合金細(xì)化劑，其成分范圍為(重量百分比)10～50％石墨粉(粒徑不大于50微米)，20～40％碳酸鍶SrCO3，10～30％氟化鈰CeF，1～10％粉狀碳化鈦TiC(粒徑不大于100微米)，5～10％六氯乙烷C2Cl6。
各成分的重量百分比優(yōu)選為40～50％石墨粉，20～30％碳酸鍶SrCO3，10～20％氟化鈰CeF，2～4％粉狀碳化鈦TiC，6～8％六氯乙烷C2Cl6。
該細(xì)化劑中各組份的作用為碳酸鍶主要起細(xì)化作用，其主要通過和合金熔體反應(yīng)置換出具有細(xì)化作用的Sr元素來實現(xiàn)；氟化鈰除了起細(xì)化作用外，還有精煉除氣和除渣等作用；碳化鈦主要起細(xì)化作用，其主要通過成為合金凝固時形核核心來實現(xiàn)；石墨粉主要起細(xì)化作用；六氯乙烷主要起精煉除氣和除渣作用，此外，其與鎂合金熔液反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡還可以對合金液起攪拌作用。
本發(fā)明提供的同時具有精煉和細(xì)化作用的鎂合金細(xì)化劑的生產(chǎn)方法為將原材料首先分別在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按重量百分比稱取原材料；在室溫下將已按重量百分比稱取的原材料(置入碾砂機(jī)中機(jī)械)混合；將混合均勻的復(fù)合變質(zhì)細(xì)化劑用壓力機(jī)壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細(xì)化處理時用。
本發(fā)明提供的同時具有精煉和細(xì)化作用的鎂合金細(xì)化劑的使用工藝為在熔劑或氣體保護(hù)熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到700～720℃后扒渣，然后在730～750℃間將預(yù)熱后的占合金爐料重量的1～10％細(xì)化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進(jìn)行10～15分鐘的精煉和細(xì)化處理；處理完畢后靜置5～10分鐘可得細(xì)化效果良好的鎂合金熔體。
本發(fā)明提供的細(xì)化劑具有顯著的優(yōu)點，該細(xì)化劑將鎂合金的精煉處理和細(xì)化處理合為一體，簡化了鎂合金的熔體處理工藝，降低了成本，且經(jīng)大量實驗和生產(chǎn)實踐證實，具有非常好的精煉和細(xì)化效果，改善了合金的性能。
具體實施例方式以下通過五個具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
實施例1細(xì)化劑的成分(重量百分比)40％石墨粉(粒徑不大于50微米)，30％碳酸鍶(SrCO3)，20％氟化鈰(CeF)，3％粉狀碳化鈦(TiC)(粒徑不大于100微米)，7％六氯乙烷(C2Cl6)。
細(xì)化劑的生產(chǎn)方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按質(zhì)量百分比稱取原材料；在室溫下將已按質(zhì)量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機(jī)中機(jī)械混合；將混合均勻的復(fù)合變質(zhì)細(xì)化劑用壓力機(jī)壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細(xì)化處理時用。
使用時，在熔劑或氣體保護(hù)熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到700℃后扒渣；然后在730～750℃間將預(yù)熱后的占合金爐料重量的7％細(xì)化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進(jìn)行10分鐘的精煉和細(xì)化處理；處理完畢后撈渣，然后靜置5分鐘可得細(xì)化效果良好的鎂合金熔體。用于AZ91(Mg-9Al-1Zn-0.1Mn)鎂合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，晶粒平均尺寸為82um，金屬型試樣的室溫抗拉強(qiáng)度為189MPa、延伸率為3.2％。
實施例2細(xì)化劑的成分(重量百分比)50％石墨粉(粒徑不大于50微米)，30％碳酸鍶(SrCO3)，10％氟化鈰(CeF)，4％粉狀碳化鈦(TiC)(粒徑不大于100微米)，6％六氯乙烷(C2Cl6)。
細(xì)化劑的生產(chǎn)方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按質(zhì)量百分比稱取原材料；在室溫下將已按質(zhì)量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機(jī)中機(jī)械混合；將混合均勻的復(fù)合變質(zhì)細(xì)化劑用壓力機(jī)壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細(xì)化處理時用。
使用時，在熔劑或氣體保護(hù)熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到700℃后扒渣；然后在730～750℃間將預(yù)熱后的占合金爐料重量的6％細(xì)化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進(jìn)行10分鐘的精煉和細(xì)化處理；處理完畢后撈渣，然后靜置5分鐘可得細(xì)化效果良好的鎂合金熔體。用于AZ91(Mg-9Al-1Zn-0.1Mn)鎂合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，晶粒平均尺寸為85um，金屬型試樣的室溫抗拉強(qiáng)度為185MPa、延伸率為3％。
實施例3細(xì)化劑的成分(重量百分比)50％石墨粉(粒徑不大于50微米)，25％碳酸鍶(SrCO3)，15％氟化鈰(CeF)，5％粉狀碳化鈦(TiC)(粒徑不大于100微米)，5％六氯乙烷(C2Cl6)。
細(xì)化劑的生產(chǎn)方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按質(zhì)量百分比稱取原材料；在室溫下將已按質(zhì)量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機(jī)中機(jī)械混合；將混合均勻的復(fù)合變質(zhì)細(xì)化劑用壓力機(jī)壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細(xì)化處理時用。
使用時，在熔劑或氣體保護(hù)熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到700℃后扒渣；然后在730～750℃間將預(yù)熱后的占合金爐料重量的8％細(xì)化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進(jìn)行10分鐘的精煉和細(xì)化處理；處理完畢后撈渣，然后靜置5分鐘可得細(xì)化效果良好的鎂合金熔體。用于AZ91(Mg-9A1-1Zn-0.1Mn)鎂合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，晶粒平均尺寸為80um，金屬型試樣的室溫抗拉強(qiáng)度為192MPa、延伸率為3.5％。
實施例4細(xì)化劑的成分(重量百分比)45％石墨粉(粒徑不大于50微米)，25％碳酸鍶(SrCO3)，16％氟化鈰(CeF)，8％粉狀碳化鈦(TiC)(粒徑不大于100微米)，6％六氯乙烷(C2Cl6)。
細(xì)化劑的生產(chǎn)方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按質(zhì)量百分比稱取原材料；在室溫下將已按質(zhì)量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機(jī)中機(jī)械混合；將混合均勻的復(fù)合變質(zhì)細(xì)化劑用壓力機(jī)壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細(xì)化處理時用。
使用時，在熔劑或氣體保護(hù)熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到720℃后扒渣；然后在730～750℃間將預(yù)熱后的占合金爐料重量的4％細(xì)化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進(jìn)行10分鐘的精煉和細(xì)化處理處理完畢后撈渣，然后靜置5分鐘可得細(xì)化效果良好的鎂合金熔體。用于AM60(Mg-6Al-0.22Zn-0.25Mn)鎂合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，晶粒平均尺寸為89um，金屬型試樣的室溫抗拉強(qiáng)度為190MPa、延伸率為3％。
實施例5細(xì)化劑的成分(重量百分比)40％石墨粉(粒徑不大于50微米)，20％碳酸鍶(SrCO3)，20％氟化鈰(CeF)，12％粉狀碳化鈦(TiC)(粒徑不大于100微米)，8％六氯乙烷(C2Cl6)。
細(xì)化劑的生產(chǎn)方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按質(zhì)量百分比稱取原材料在室溫下將已按質(zhì)量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機(jī)中機(jī)械混合；將混合均勻的復(fù)合變質(zhì)細(xì)化劑用壓力機(jī)壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細(xì)化處理時用。
使用時，在熔劑或氣體保護(hù)熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到720℃后扒渣；然后在730～750℃間將預(yù)熱后的占合金爐料重量的5％細(xì)化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進(jìn)行10分鐘的精煉和細(xì)化處理；處理完畢后撈渣，然后靜置5分鐘可得細(xì)化效果良好的鎂合金熔體。用于ZA84(Mg-8Zn-4Al-0.25Mn)鎂合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，晶粒平均尺寸為78um，金屬型試樣的室溫抗拉強(qiáng)度為191MPa、延伸率為8％。
權(quán)利要求
1.一種同時具有精煉和細(xì)化作用的鎂合金細(xì)化劑，其由以下重量百分比的成分組成10～50％石墨粉，20～40％碳酸鍶SrCO3，10～30％氟化鈰CeF，1～10％粉狀碳化鈦TiC，5～10％六氯乙烷C2Cl6；將上述原料先分別加熱去除水份，再按重量百分比稱取，混合均勻，再加壓成型，封存待用。
2.根據(jù)要求1所述的鎂合金細(xì)化劑，其特征在于各成分的重量百分比為40～50％石墨粉，20～30％碳酸鍶SrCO3，10～20％氟化鈰CeF，2～4％粉狀碳化鈦TiC，6～8％六氯乙烷C2Cl6。
3.根據(jù)要求1或2所述的鎂合金細(xì)化劑，其特征在于所述的石墨粉的粒徑不大于50微米，粉狀碳化鈦TiC的粒徑不大于100微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎂合金細(xì)化劑，其特征在于細(xì)化劑的加壓成型是用壓力機(jī)壓成圓柱狀，然后用鋁箔封存。
5.權(quán)利要求1或2所述的鎂合金細(xì)化劑的使用方法，其特征在于在熔劑或氣體保護(hù)熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到700～720℃后扒渣；扒渣后靜置，然后在730～750℃間將預(yù)熱后的占合金爐料重量的1～10％細(xì)化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進(jìn)行10～15分鐘的精煉和細(xì)化處理；處理完畢后靜置5～10分鐘，即得細(xì)化效果良好的鎂合金熔體。
全文摘要
本發(fā)明提出一種能對鎂合金進(jìn)行高效細(xì)化，且同時具有精煉作用的鎂合金細(xì)化劑及其使用方法。細(xì)化劑的其成分重量百分比為10～50％石墨粉，20～40％碳酸鍶SrCO
文檔編號C22C23/00GK1936043SQ20061005450
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月14日
發(fā)明者楊明波, 潘復(fù)生, 湯愛濤, 白亮 申請人:重慶工學(xué)院