[发明专利]一种适用于镁铝基合金的细化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金细化剂及其制备方法。

背景技术

随着中国汽车工业和轨道交通工具的飞速发展，镁合金已经获得了广泛的应用。铸造和挤压加工产品是目前镁合金应用的主要方式。随着镁合金组织的细化，合金的铸造性能明显改善，机械性能显著提高。同时，随着镁合金的晶粒尺寸的降低，第二相和溶质元素分布更加均匀，从而可以降低镁合金的热裂倾向，改善镁合金的加工性能。细化的晶粒尺寸不仅直接与铸态镁合金的性能相关，而且它也很大程度上影响着后续镁合金的加工变形性能[H.E. Friedrich, B. L.Mordike, Magnesium Technology, Springer Press, Berlin, 2006.]。因此，开发出有效的镁合金细化剂成为了镁合金领域一个关键的问题。

对于含铝镁合金，诸如AM50（Mg-5.1Al-0.57Mn），AM60（Mg-6.0Al- 0.3Mn）和AZ91（Mg-9Al-0.6Zn）由于Al和Zr可以很容易形成稳定的金属间相导致Zr的细化作用消失[F. Czerwinski, Magnesium Injection Molding, Springer Press, Bolton, 2007], 因此，开发出一种有效的适用于镁铝基合金的细化剂一直是学术界和产业界共同关心的课题。

目前为止，针对镁铝基合金体系，主要有如下三种方法来细化晶粒：（1）过热细化。将合金加热到熔点以上大约150-250℃，维持5至15分钟，然后迅速将其冷却至浇注温度浇注[GB359,425]。采用这种方法，合金在操作中具有如下特点：首先，在特定的温度范围内尽可能高于浇注温度，最大限度地提高晶粒细化效果。其次，快速从过热温度冷却浇注温度迅速浇注对合金的细化十分关键。但是，由于高温耗能，导致工厂成本增加，更严重的是，温度过高时，坩埚容易氧化，检查和维修费用相应增加，安全系数也增大。因此，该方法在工业上已经基本放弃使用。（2）另一种有效的降低镁铝基合金晶粒尺寸的途径是添加碳。无机碳和有机碳都展开了大量的研究。有机含碳化合物C₇C_l6证明是一种有效的晶粒细化剂，但是由于在合金制备过程中它会放出有毒气体，现在已不再允许使用。另外，对无机碳，如石墨，碳和蜡，都进行了系统研究，发现单一添加物的影响也是有限的，铸态合金的晶粒尺寸一般为170-250 μm [WO/2002/046484]。（3）氯化铁法（Elfinal方法）：在760℃时，将三氯化铁添加到融化的镁铝基合金熔体中，搅拌30-60分钟，反应生成铝锰铁化合物，这种异质成核粒子成为合金凝固过程中的成核点，使合金的晶粒尺寸降低[US6616729]。为了提高的细化效果，锰的含量必须高于一定值。这种方法的主要问题是铁和锰容易产生电池作用，降低合金的腐蚀性能。 

比较上面三种方法可以发现，相对于过热方法，添加晶粒细化剂具有较低的合金化温度，适合于批量生产。但是，目前为止，已经开发的细化剂不是由于作用不显著，重熔效果不好，就是对合金的腐蚀性能带来严重的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备过程简单，作用效果明显，细化重熔效果稳定，适合于大规模工业化生产的适用于镁铝基合金的细化剂及其制备方法。

本发明的合金细化剂的化学成分（wt％）为：Sr 0.01-5.0％、Sn 0.01-5.0％、RE （稀土元素）0.5-20％、C（高纯石墨）粉 1.0-10％、Mg 10-40％，余量为Al；上述RE（稀土元素）为La、 Ce、Nd、 Gd和 Y中的一种或多种，并且RE中各种稀土元素的质量分数比相等。

上述合金细化剂的制备方法：

（1）原料： Sr粉、Sn粉和RE粉的粒径为100-200 μm；C粉、Mg 粉和Al粉的粒径均为200-500 μm；Sr、Sn及RE的质量纯度是99.9％， Al、Mg及C粉的质量纯度为99％。

（2）球磨：将上述原料置于球磨机中，为了降低铁的影响，采用氧化锆球，球和原材料的重量比为4：1-10:1；球磨机的速度为400-1500转/分钟，为了防止在球磨过程中的元素氧化，球磨前，充入氩气去除空气；总的球磨时间为20-40小时，由于材料中含有镁，球磨过程中温度容易过高，防止发生温度过高，采用每次球磨时间为4小时, 中间停留4小时，得到合金细化剂。

本发明的合金细化剂的使用方法：