[发明专利]阻燃镁合金半固态流变挤压铸造成形方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料半固态成形技术领域，具体涉及一种阻燃镁合金半固态流变挤压铸造成形方法。

背景技术

阻燃镁合金是镁合金领域研究的一个热点，通过向镁合金中加入一定量的阻燃合金元素，能够抑制镁合金的剧烈氧化和燃烧，实现在大气条件下的直接熔炼和加工。目前镁合金研究中常用的阻燃合金元素包括Ca、Be和稀土元素等。Ca是镁合金中常用的合金元素，对Mg-Ca二元合金阻燃效果的研究结果表明，含Ca为1wt％的镁合金起燃点可提高250℃；含Ca为5wt％的镁合金，其氧化膜即使在970℃的大气中暴露1小时后仍很薄并且表面光滑均匀。Ca在地球上储量非常丰富，来源广泛，成本低廉，并且由于Ca的密度很低(1.55g/cm³)，加入镁合金不会引起镁合金密度变大，因此，Ca是镁合金中合适的阻燃合金元素。

含Ca阻燃镁合金的传统生产工艺有：砂型铸造、金属型铸造和压力铸造。这些工艺主要存在两方面的不足：一是高温浇注时，晶粒粗大，在晶界处形成粗大网状第二相，严重影响合金力学性能；二是加入Ca元素后，镁合金熔体粘度增大，充型困难，难以获得形状完整的零件。因此，阻燃镁合金的应用受到了极大的限制。

半固态成形加工技术是在合金的液相线-固相线温度之间，对非枝晶固相与液相共存的两相浆料进行成形的技术。显然，半固态成形加工技术与传统的液态金属成形加工技术相比，具有以下诸多优点：铸件的氧化率低，裹气少，热收缩小，致密性高，可实现近终成形，模具热冲击小，节约能源等。半固态成形技术又分为触变成形和流变成形两条工艺路线。与触变成形相比，流变成形具有流程短、能耗低、成本低等优点。半固态流变挤压铸造是新近开发的一种半固态流变成形技术，即采用挤压铸造技术对获得的半固态浆料进行成形加工，该技术兼具半固态流变成形和挤压铸造的优点，是一种有潜力的半固态流变成形技术。

采用半固态流变挤压铸造技术制备含Ca阻燃镁合金，能够通过半固态浆料制备和挤压铸造分别实现初生相和第二相的细化，显著提高材料的力学性能；同时，半固态浆料在挤压铸造的高压下充型凝固，可以确保浆料充型完整，获得表面质量高的铸件。因此，采用半固态流变挤压铸造制备含Ca阻燃镁合金具有很好的应用前景，但是目前尚未见到适用于阻燃镁合金的半固态流变挤压铸造成形方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术及方法的不足，提供一种阻燃镁合金半固态流变挤压铸造成形方法。在阻燃镁合金凝固初期，施加气泡搅拌，获得半固态浆料，随后将半固态浆料转移至挤压铸造设备中，施加压力，使半固态浆料在压力下充型凝固。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种阻燃镁合金半固态流变挤压铸造成形方法，包括前道熔化、精炼、扒渣工序，以及后续半固态浆料制备、半固态流变挤压铸造工序，

所述的半固态浆料制备工序具体为：将镁合金熔体温度控制在该合金液相线温度T_L以上10℃～30℃以内，向镁合金熔体中通入惰性气体或氮气进行吹气搅拌处理，制得半固态浆料；

所述的半固态流变挤压铸造工序具体为：将所述半固态浆料浇注入挤压铸造模具中进行挤压铸造，保压，开模取件，获得阻燃镁合金成形件。

采用气泡搅拌制备镁合金半固态浆料，具有设备简单，处理时间短，浆料质量高等优点，能够迅速制备阻燃镁合金半固态浆料。

优选地，所用基础镁合金为Mg-Al系合金铸锭(AZ91、AM60、AM50等，Al含量为5～9wt.％，确保合金具有较好的流变性能)，Mg-Al系合金兼具较好的力学性能和铸造性能，因此选用Mg-Al系合金作为基础合金。添加了Ca作为阻燃元素，所述Ca元素占阻燃镁合金总重的质量百分比为1.5～3.0％。Ca元素含量过低时，阻燃效果不明显，Ca元素含量过高时，对合金铸造性能有较大的负面影响，因此，所选择Ca元素含量为1.5～3.0wt％。

优选地，所述熔化、精炼、扒渣工序具体为：在SF₆和CO₂混合气体保护条件下将所述基础镁合金融化，在700℃加入Ca，在730℃进行精炼、扒渣，使熔体降温至610℃～630℃。