專利名稱：一種鎂合金變質(zhì)劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鎂合金冶煉，具體涉及一種鎂硅合金共晶娃變質(zhì)劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金由于具有高的比強(qiáng)度、比剛度，因此可以廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域中，以達(dá)到降低構(gòu)件重量的目的。由于增強(qiáng)相Mg2Si相具有高熔點(diǎn)(1085°C)、低密度I. 99 X KfkgnT3、高硬度4. 5 X IO9NnT2和低膨脹系數(shù)7. 5 X 10-6IT1，鎂硅合金(Mg-Si)作為高溫應(yīng)用鎂合金顯示出潛在的應(yīng)用價(jià)值。但是鎂硅合金漢字型Mg2Si相不僅降低了鑄態(tài)Mg-Si合金的韌性，也降低了合金的強(qiáng)度，限制了其應(yīng)用。改變粗大Mg2Si相的形貌，是提高鎂硅合金韌性最有效的方法之一，通過(guò)添加合金化元素可以改變Mg2Si相形貌，即對(duì)Mg2Si相的變質(zhì)處理。有資料顯示可以通過(guò)添加以下合金元素達(dá)到對(duì)Mg2Si相變 質(zhì)的效果。(I)金屬元素釔(Y)元素變質(zhì)，添加金屬釔(Y)元素，超過(guò)0.8wt%Y元素是可以改變初生Mg2Si和漢字型Mg2Si相，但是當(dāng)添加量超過(guò)I. 2wt%時(shí)，初生Mg2Si變的又粗化了。(2)金屬Sb元素變質(zhì)，添加Sb元素可以有效地細(xì)化晶粒和改變Mg2Si相的形貌、提高M(jìn)g-Al-Si合金的強(qiáng)度，但是卻會(huì)降低合金的延伸率。(3)金屬Bi元素變質(zhì)，添加0. 5wt%Bi可以初生Mg2Si,但是當(dāng)添加量超過(guò)0. 8wt%初生Mg2Si相又粗化，并且對(duì)共晶Mg2Si相沒(méi)有作用。(4)金屬La元素變質(zhì)。添加金屬La，對(duì)初生Mg2Si相有作用，但是對(duì)共晶Mg2Si相沒(méi)有作用?？傊F(xiàn)有的鎂硅合金變質(zhì)劑，都存在著由于會(huì)產(chǎn)生粗大共晶Mg2Si相導(dǎo)致亞共晶鎂硅合金鑄態(tài)力學(xué)性能低，特別是伸長(zhǎng)率較低的問(wèn)題，影響到鎂硅合金的廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鎂硅合金共晶硅變質(zhì)劑，為了解決現(xiàn)有的鎂硅合金中，由于粗大共晶Mg2Si相導(dǎo)致亞共晶鎂硅合金鑄態(tài)力學(xué)性能，特別是伸長(zhǎng)率較低的問(wèn)題，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在沒(méi)有成熟的鎂硅合金共晶Mg2Si相變質(zhì)劑問(wèn)題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種鎂合金變質(zhì)劑，按質(zhì)量百分比，其材料的組成為25 60%金屬鋅，0. 2 2%金屬錳和38 73%原生鎂。本發(fā)明所述的鎂合金變質(zhì)劑，其特征還在于，鎂合金變質(zhì)劑按質(zhì)量百分比，其材料的組成為45 55%金屬鋅，0. 2 2%金屬錳和43 53%原生鎂。所述金屬鋅的純度為彡99. 99%，金屬錳的純度為彡99.9%，原生鎂錠的純度為彡 99. 95%。本發(fā)明還提供鎂硅合金變質(zhì)劑的制備方法，該方法按以下步驟進(jìn)行
步驟一，首先按質(zhì)量百分比稱取25 60%的金屬鋅，0. 2 2%的金屬錳，38 73%的原生鎂；步驟二，將稱取的原生鎂加入到熔煉爐中，在氣氛保護(hù)下加熱熔化并升溫至800 900。C ；步驟三，再將稱取的金屬錳加入到熔煉爐熔化的鎂液中，保溫60 120分鐘，攪拌10 40分鐘，然后冷卻至690 770° C ；步驟四，最后將稱取的金屬鋅加入到步驟三加入金屬錳的鎂液中，保溫并攪拌10 40分鐘，出爐澆注成型，即得鎂合金變質(zhì)劑材料。本發(fā)明所述鎂合金變質(zhì)劑的制備方法，其特征還在于，所述步驟二的保護(hù)氣氛為SF6/C02，其體積比為I :99的SF6和C02的混合氣，保 護(hù)氣氛或?yàn)镾F6/N2，其體積比為I :99的SF6和N2混合氣。本發(fā)明的有益效果當(dāng)將本發(fā)明的鎂合金變質(zhì)劑加入到鎂硅合金熔體中后，鎂合金變質(zhì)劑中的鋅元素會(huì)完全溶解于合金熔體中，經(jīng)過(guò)攪拌后，鋅元素均勻地分布于熔體中。在隨后的凝固中，由于Mg-Zn共晶反應(yīng)的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Mg Si共晶反應(yīng)的溫度，因此在Mg- Si合金發(fā)生共晶反應(yīng)形成Mg2Si相時(shí),合金中的鋅元素會(huì)分布在凝固前沿的固液界面，產(chǎn)生富集，阻礙了 Mg2Si相的生長(zhǎng)，正是由于這種鋅元素在凝固過(guò)程中的富集達(dá)到了改變Mg2Si相的目的，即變質(zhì)的效果。
鋅元素是鎂合金中除鋁元素以外的另一種非常有效的合金化元素，具有固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化的雙重作用，可以顯著地提高鎂合金的強(qiáng)度，而且也能減輕因鐵、鎳存在而引起的腐蝕作用，可以適當(dāng)提高鎂合金的耐蝕性能。成為鎂合金中除了鋁元素外最重要的合金化元素。錳對(duì)鎂合金的抗拉強(qiáng)度幾乎沒(méi)有影響，但是能夠稍微提高屈服強(qiáng)度。錳還可以通過(guò)除去鐵及其他重金屬元素避免生產(chǎn)有害的金屬間化合物來(lái)提高鎂合金的抗腐蝕能力。錳在鎂合金中的固溶度很低，最為特別的是錳元素不與鎂合金中的Si，Zn等元素形成化合物，因此，在凝固的過(guò)程中，也會(huì)析出在Mg2Si相的前沿，阻礙其生長(zhǎng)，從而細(xì)化Mg2Si相的形貌。


圖I是未經(jīng)變質(zhì)處理的亞共晶Mg-Si合金的金相組織光學(xué)顯微鏡圖；圖2是具體實(shí)施方式
一的鎂合金變質(zhì)劑細(xì)化后的Mg-Si合金的金相組織光學(xué)顯微鏡圖；圖3是具體實(shí)施方式
二的鎂合金變質(zhì)劑細(xì)化后的亞共晶Mg-Si合金的金相組織光學(xué)顯微鏡圖；圖4是具體實(shí)施方式
三的鎂合金變質(zhì)劑細(xì)化的亞共晶Mg-Si合金的金相組織光學(xué)顯微鏡圖；圖5是具體實(shí)施方式
四的鎂合金變質(zhì)劑細(xì)化的亞共晶Mg-Si合金的金相組織光學(xué)顯微鏡圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。一種鎂合金變質(zhì)劑，按質(zhì)量百分比，其材料的組成為25 60%金屬鋅，0. 2 2%金屬錳和38 73%原生鎂。本發(fā)明優(yōu)選的，鎂合金變 質(zhì)劑按質(zhì)量百分比，其材料的組成為45 55%金屬鋅，
0.2 2%金屬錳和43 53%原生鎂。本發(fā)明鎂合金變質(zhì)劑，所述金屬鋅的純度為彡99. 99%，金屬錳的純度為彡99. 9%，原生鎂錠的純度為彡99. 95%。本發(fā)明一種鎂合金變質(zhì)劑的制備方法，該方法按以下步驟進(jìn)行步驟一，首先按質(zhì)量百分比稱取25 60%的金屬鋅，0. 2 2%的金屬錳，38 73%的原生鎂；步驟二，將稱取的原生鎂加入到熔煉爐中，在氣氛保護(hù)下加熱熔化并升溫至800-900° C；步驟三，再將稱取的金屬錳加入到熔煉爐熔化的鎂液中，保溫60 120分鐘，攪拌10 40分鐘，然后冷卻至690 770° C ；步驟四，最后將稱取的金屬鋅加入到步驟三加入金屬錳的鎂液中，保溫并攪拌10 40分鐘，出爐澆注成型，即得鎂合金變質(zhì)劑材料。在本發(fā)明鎂合金變質(zhì)劑的制備方法中，步驟二的保護(hù)氣氛為SF6/C02，其體積比為I 99的SF6和C02的混合氣，步驟二的保護(hù)氣氛或?yàn)镾F6/N2，其體積比為I :99的SF6和N2混合氣。實(shí)施例實(shí)施例一步驟一，首先按質(zhì)量百分比稱取28%的金屬鋅，0. 5%的金屬錳，71. 5%的原生鎂；步驟二，將稱取的原生鎂加入到熔煉爐中，在SF6/C02氣氛保護(hù)下加熱熔化并升溫至800° C ；步驟三，再將稱取的金屬錳加入到熔煉爐熔化的鎂液中，保溫100分鐘，攪拌35分鐘，然后冷卻至690° C ；步驟四，最后將稱取的金屬鋅加入到步驟三加入金屬錳的鎂液中，保溫并攪拌10分鐘，出爐澆注成型，即得鎂合金變質(zhì)劑材料。將上述方法制備的變質(zhì)劑，加入到含重量百分?jǐn)?shù)0.8%Si的鎂硅合金中，其中，變質(zhì)劑占鎂合金的重量百分?jǐn)?shù)為1.8%，澆入金屬型鑄模中，形成澆注試樣。取加入變質(zhì)劑后的Mg-Si合金，進(jìn)行金相分析和力學(xué)性能檢測(cè)。金相組織如圖2所示，力學(xué)性能見(jiàn)表I中所
/Jn o實(shí)施例二 步驟一，首先按質(zhì)量百分比稱取58%的金屬鋅，2%的金屬錳，40%的原生鎂；步驟二，將稱取的原生鎂加入到熔煉爐中，在SF6/N2氣氛保護(hù)下加熱熔化并升溫至 850° C；步驟三，再將稱取的金屬錳加入到熔煉爐熔化的鎂液中，保溫100分鐘，攪拌25分鐘，然后冷卻至750° C；步驟四，最后將稱取的金屬鋅加入到步驟三加入金屬錳的鎂液中，保溫并攪拌25分鐘，出爐澆注成型，即得鎂合金變質(zhì)劑材料。將上述方法制備的變質(zhì)劑，加入到含重量百分?jǐn)?shù)0. 8% Si的鎂硅合金中，其中，變質(zhì)劑占鎂合金的重量百分?jǐn)?shù)為2. 0 %，澆入金屬型鑄模中，形成澆注試樣。取加入變質(zhì)劑后的Mg-Si合金，進(jìn)行金相分析和力學(xué)性能檢測(cè)。金相組織如圖3所示，力學(xué)性能見(jiàn)表I中所
/Jn o實(shí)施例三步驟一，首先按質(zhì)量百分比稱取50%的金屬鋅，2%的金屬錳，48%的原生鎂；
步驟二，將稱取的原生鎂加入到熔煉爐中，在SF6/C02氣氛保護(hù)下加熱熔化并升溫至900° C ；步驟三，再將稱取的金屬錳加入到熔煉爐熔化的鎂液中，保溫90分鐘，攪拌30分鐘，然后冷卻至700° C ；步驟四，最后將稱取的金屬鋅加入到步驟三加入金屬錳的鎂液中，保溫并攪拌20分鐘，出爐澆注成型，即得鎂合金變質(zhì)劑材料。將上述方法制備的變質(zhì)劑，加入到含重量百分?jǐn)?shù)0.8%Si的鎂硅合金中，其中，變質(zhì)劑占鎂合金的重量百分?jǐn)?shù)為1.0%，澆入金屬型鑄模中，形成澆注試樣。取加入變質(zhì)劑后的Mg-Si合金，進(jìn)行金相分析和力學(xué)性能檢測(cè)。金相組織如圖4所示，力學(xué)性能見(jiàn)表I中所
/Jn o實(shí)施例四步驟一，首先按質(zhì)量百分比稱取45%的金屬鋅，1%的金屬錳，54%的原生鎂；步驟二，將稱取的原生鎂加入到熔煉爐中，在SF6/N2氣氛保護(hù)下加熱熔化并升溫至 860° C ；步驟三，再將稱取的金屬錳加入到熔煉爐熔化的鎂液中，保溫100分鐘，攪拌30分鐘，然后冷卻至720° C；步驟四，最后將稱取的金屬鋅加入到步驟三加入金屬錳的鎂液中，保溫并攪拌40分鐘，出爐澆注成型，即得鎂合金變質(zhì)劑材料。將上述方法制備的變質(zhì)劑，加入到含重量百分?jǐn)?shù)0. 8% Si的鎂硅合金中，其中，變質(zhì)劑占鎂合金的重量百分?jǐn)?shù)為2.0%，澆入金屬型鑄模中，形成澆注試樣。取加入變質(zhì)劑后的Mg-Si合金，進(jìn)行金相分析和力學(xué)性能檢測(cè)。金相組織如圖5所示，力學(xué)性能見(jiàn)表I中所
/Jn o實(shí)施例五步驟一，首先按質(zhì)量百分比稱取35%的金屬鋅，I. 5%的金屬錳，63. . 5%的原生鎂；步驟二，將稱取的原生鎂加入到熔煉爐中，在SF6/C02氣氛保護(hù)下加熱熔化并升溫至850° C ；步驟三，再將稱取的金屬錳加入到熔煉爐熔化的鎂液中，保溫110分鐘，攪拌35分鐘，然后冷卻至7300° C;步驟四，最后將稱取的金屬鋅加入到步驟三加入金屬錳的鎂液中，保溫并攪拌10分鐘，出爐澆注成型，即得鎂合金變質(zhì)劑材料。將上述方法制備的變質(zhì)劑，加入到含重量百分?jǐn)?shù)0.8%Si的鎂硅合金中，其中，變質(zhì)劑占鎂合金的重量百分?jǐn)?shù)為2. 0%，澆入金屬型鑄模中，形成澆注試樣。取加入變質(zhì)劑后的Mg-Si合金，進(jìn)行金相分析和力學(xué)性能檢測(cè)。力學(xué)性能見(jiàn)表I中所示。本發(fā)明所制備的鎂合金變質(zhì)劑加入溫度與常規(guī)鎂合金的熔煉溫度一致。在鎂合金變質(zhì)使用的過(guò)程中，鎂合金變質(zhì)劑中的鋅元素完全溶入到鎂合金熔體中，不產(chǎn)生雜質(zhì)、氣體；利用鋅元素來(lái)對(duì)鎂硅合金的共晶硅組織進(jìn)行變質(zhì)處理，達(dá)到細(xì)化。該鎂合金變質(zhì)劑中的原料為金屬鋅和原生鎂錠，與合金相比，金屬鋅的原料成本比原生鎂降低，使本發(fā)明的成本相對(duì)較低，而且鎂合金變質(zhì)劑在鎂合金中分布均勻，無(wú)偏析；本發(fā)明的鎂合金變質(zhì)劑主要是適用于鎂硅合金，特別適合亞共晶鎂硅合金；細(xì)化劑中的鋅元素不會(huì)在熔煉過(guò)程中產(chǎn)生沉淀，變質(zhì)效果不存在時(shí)效性，而且鋅元素不僅能起到對(duì)共晶Si細(xì)化的作用，而且可以起到合金化的目的，提高了鎂合金的力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度提高10 30%，伸長(zhǎng)率提高50 140%。用上述實(shí)施方式得到的的鎂合金變質(zhì)劑，在鎂合金熔煉的過(guò)程中添加，細(xì)化后的亞共晶Mg-Si合金的金相組織光學(xué)顯微鏡圖如圖2 5所示，測(cè)得各實(shí)施例鎂合金細(xì)化后的的機(jī)械強(qiáng)度如下表所示 表I使用了本發(fā)明實(shí)施例鎂合金變質(zhì)劑的鎂合金測(cè)試數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
1.ー種鎂合金變質(zhì)劑，按質(zhì)量百分比，其材料的組成為25 60%金屬鋅，O. 2 2%金屬錳和38 73%原生鎂。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂合金變質(zhì)劑，其特征在于，鎂合金變質(zhì)劑按質(zhì)量百分比，其材料的組成為45 55%金屬鋅，O. 2 2%金屬錳和43 53%原生鎂。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂合金變質(zhì)劑，其特征在于，所述金屬鋅的純度為>99. 99%，金屬錳的純度為彡99. 9%，原生鎂錠的純度為彡99. 95%。
4.ー種鎂合金變質(zhì)劑的制備方法，該方法按以下步驟進(jìn)行 步驟一，首先按質(zhì)量百分比稱取25 60%的金屬鋅，O. 2 2%的金屬錳，38 73%的原生鎂； 步驟ニ，將稱取的原生鎂加入到熔煉爐中，在氣氛保護(hù)下加熱熔化并升溫至800 900。 C； 步驟三，再將稱取的金屬錳加入到熔煉爐熔化的鎂液中，保溫60 120分鐘，攪拌10 40分鐘，然后冷卻至690 770° C ； 步驟四，最后將稱取的金屬鋅加入到步驟三加入金屬錳的鎂液中，保溫并攪拌10 40分鐘，出爐澆注成型，即得鎂合金變質(zhì)劑材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述鎂合金變質(zhì)劑的制備方法，其特征在于，所述步驟ニ的保護(hù)氣氛為SF6/C02，其體積比為I :99的SF6和C02的混合氣，保護(hù)氣氛或?yàn)镾F6/N2，其體積比為I :99的SF6和N2混合氣。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鎂硅合金共晶硅變質(zhì)劑，按質(zhì)量百分比，其材料的組成為25～60%金屬鋅，0.2～2%金屬錳和38～73%原生鎂。本發(fā)明鎂合金變質(zhì)劑，所述金屬鋅的純度為≥99.99%，金屬錳的純度為≥99.9%，原生鎂錠的純度為≥99.95%。本發(fā)明的鎂合金變質(zhì)劑的制備方法先將原生鎂錠在氣氛保護(hù)下加熱熔融，然后加入金屬鋅和金屬錳使其熔解并攪拌均勻，然后澆注成型，即得鎂合金變質(zhì)劑。本發(fā)明的鎂合金變質(zhì)劑無(wú)燒損、不產(chǎn)生有害氣體、對(duì)鎂合金的耐蝕性無(wú)影響、成本低、在合金中分布均勻，可以顯著地細(xì)化Mg2Si相，從而提高鎂硅合金的鑄態(tài)力學(xué)性能，特別是伸長(zhǎng)率，解決了現(xiàn)有的鎂硅合金中，由于粗大共晶Mg2Si相導(dǎo)致亞共晶鎂硅合金鑄態(tài)力學(xué)性能低，尤其是伸長(zhǎng)率較低的問(wèn)題。
文檔編號(hào)C22C23/04GK102676898SQ20121015735
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者張二林, 李衛(wèi)榮, 李揚(yáng)德 申請(qǐng)人:東莞宜安科技股份有限公司, 佳木斯大學(xué)