[发明专利]一种提高镁合金熔体流动性的方法及专用搅拌装置

说明书

技术领域

本发明属于镁合金生产技术领域，涉及镁合金熔体的黏度变化规律及加工处理方法，尤其是涉及一种提高镁合金熔体流动性的方法及专用搅拌装置。

背景技术

镁合金因具有优异的减震性能、良好的铸造性能、高的比强度和比刚度而被广泛应用于汽车、通讯、电子等领域。当前，随着轻量化技术的迅速发展，对镁合金的综合性能提出了更高的要求，如何进一步改善合金组织、提高成形性能是广大研究工作者所共同关注的问题。

AZ91D镁合金是一类应用最为广泛的铸造镁合金，仅在压力铸造镁合金中的用量就占近90％，表现出强劲的发展势头。但是，由于镁合金固-液相变体积变化较大、热强度低、凝固潜热和热容量小，导致镁合金熔体充型薄壁零件(尤其“3C”产品壳体)的能力较弱，有形成缩孔、缩松及热裂的倾向，影响了产品的质量，所以进一步提高镁合金熔体的流动性显得十分紧迫，这也是当前镁合金产业发展的内在需求。

液态金属(或合金)本身的流动能力即流动性，由其成分、温度和杂质含量等决定，如图1所示，在外界条件确定的情况下，加入提高镁合金熔体流动性的合金元素是提高其充型性能的有效途径。通过提高AZ91D镁合金中Al的含量可以改善其流动性，但是当Al的含量超过10％会大大降低镁合金的塑性；在AZ91D镁合金中添加少量的钙元素可显著降低其氧化倾向，细化晶粒及晶界组织，改善流动性和降低热处理敏感性，但当添加的钙元素超过一定量时会大大增加合金产生脆性和热裂的倾向；而通过合金元素复合添加的方法也可以提高AZ91D镁合金熔体的流动性，但所添加元素的配比不容易合理控制，甚至会带来其他影响，如Ti元素对耐蚀性不利、Be元素有毒性等。因此，单一地通过合理控制合金元素的添加量往往达不到理想效果，需要辅以其它熔体加工处理方式。

机械搅拌法是制备半固态浆料的常用方法，也是合金熔体加工处理的有效方式之一。在液相线以上不高温度区间内，对过热的合金熔体施加搅拌作用，通过改变其熔体初始结构状态，加速了熔体中原子或原子集团的扩散与重新组合，使熔体中温度场和浓度场的分布更加均匀，进而改善了熔体的流动状态，同时搅拌剪切还对凝固组织起到细化和均匀化作用。因此，本发明以钙作为合金化元素，以机械搅拌为外力作用，通过“变质+搅拌”的复合工艺方法对镁合金熔体进行加工处理，提高了其流动性，同时揭示出合金熔体等温黏度随钙添加量的变化规律。

发明内容

本发明的目的是在揭示含钙镁合金熔体的等温黏度变化规律的基础上，提供一种提高镁合金熔体流动性的方法及专用搅拌装置。

本发明提供的提高镁合金熔体流动性的方法，包括如下步骤：

1)钙元素变质处理：将镁合金和Mg-Ca中间合金进行加热熔炼，得到含钙元素的过热镁合金熔体；

2)过热熔体的搅拌处理：将含钙元素的过热镁合金熔体进行搅拌处理，得到镁合金熔体。

该方法的步骤1)中，镁合金中各元素及其质量百分含量分别如下所示：Al：8.5～10.0％；Zn：0.60～0.90％；Mn：0.15～0.35％；Si：0.01～0.06％；余量为杂质及Mg；其中，杂质为Fe、Cu、Ni、Cl或Be中的任意一种或几种的混合物，Fe元素的含量小于0.008％，Cu元素的含量小于0.025％，Ni元素的含量小于0.002％；杂质的总含量小于0.05％。Mg-Ca中间合金中，钙元素的质量百分含量为12～45％，优选30％。

步骤2)中，搅拌处理方式可以为机械搅拌或电磁场搅拌；只要能使镁合金熔体均匀分布，各种常用的搅拌装置，如旋转式电磁搅拌装置等均适用。本发明提供的专用搅拌装置仅是其中一种。利用该方法得到的镁合金熔体中，钙元素的质量百分含量为0.1～1.8％。