[发明专利]用于镁合金的晶粒细化剂

说明书

本申请涉及Mg_1-xAl_xB₂用于细化纯镁(Mg)的或Mg-Al合金的晶粒大小的用途并且涉及相关方法。

金属合金制备中的一个重要目标是降低终产物的晶粒大小。这被称为‘晶粒细化’并且通常通过添加也被称为孕育剂的晶粒细化剂来解决。晶粒细化可以提高合金的机械性质，其包括消耗枝晶形成细的等轴晶粒。细的等轴晶粒结构赋予高屈服强度，高韧性，良好的可挤出性，均匀的第二相分布以及细微尺度上的微多孔性。这随后导致提高的机械加工性，良好的表面光洁度以及对热拉裂的抗性(以及多种其他理想性质)。

镁合金由于其许多珍贵的性质已在结构应用中显示大的潜能。交通部门减少燃料消耗和车辆排放的努力增加了对作为结构材料的轻质镁合金的需求。除了交通部门以外，镁合金对在电子和航空工业中的应用也具有吸引力。

熔融物孕育(inoculation)是最常用于Mg合金晶粒细化的方法，因为Mg具有密排六方(HCP)结构，并且由于有限的滑移系，通过热机械加工减小晶粒大小是困难的。已发现锆对于无铝镁合金(如ZE43、ZK60和WE43)是有效的晶粒细化剂。然而，不可能采用锆作为含铝镁合金(AZ系列合金和AM系列合金)的晶粒细化剂，这归因于不想要的形成稳定的金属间相的锆和铝之间的反应，其不利地影响晶粒细化。

CN101457312(Shengfa Liu)公开了Mg-Ti-B晶粒细化剂，其中元素镁、钛和硼粉末坯块被用于镁合金的晶粒细化。

US8016957(B2)和US2007181226(A1)公开了添加钛来对镁进行晶粒细化。

已证明以Al-4B母合金的形式添加硼使AZ91D合金晶粒细化[1，2]，其中AlB₂被鉴定为是非均匀成核位点。

之前对向AZ91合金添加铋的研究证明以2重量％Bi添加使Mg₁₇Al₁₂沉淀物细化[3]。这样的向Mg-Al合金的Bi的大量添加导致Mg-Al合金的组成变化并且结果是Bi变成主要的合金元素。

本申请人的WO 2012/110788采用多种形式的二硼化铌作为镁合金(等等)的晶粒细化剂。本申请人的WO 2014/027184公开了制备Al-Nb-B母合金以用于细化镁合金(等等)的晶粒。

US 6,395,224 A(Nishino)公开了通过向镁中组合添加硼和锰对镁合金进行晶粒细化。

CN 101457312 A(Univ Wuhan Sci&Eng)公开了化合物如TiB₂、Al₄C₃、AlN、SiC、B₄C或TiC用于Mg-Al合金的晶粒细化的用途。

JP 2002115020 A(Toyota)公开了制备适用于热加工的锻造Mg合金的薄片的方法。在基料固化期间，粒度为10μm以下的选自氯化钛、硼化钛、氮化铝、氮化钛、硼化镁、硼化铝、硼化钼、硼化钒和氯化铝的颗粒以0.1至10体积％的量被分散在镁中。

Material Science Forum，Vol.710，2012，p.161-166(Suresh)公开了在Mg中96重量％Al-4重量％B母合金的晶粒细化作用。其将Mg中的晶粒细化归因于Al和AlB₂成核粒子的生长限制因素。

‘Al3Ti4B母合金对Mg-7Al-0.4Zn-0.2Mn合金的微结构和性质的作用(Effects of Al3Ti4B master alloy on microstructure and properties of Mg-7Al-0.4Zn-0.2Mn alloys)’，Chinese Journal of Nonferrous Metals，Vol.15，No.3，March 2005，pp.478-484报道了在Mg-7Al-0.4Zn-0.2Mn合金中通过添加0.3％Al3Ti4B母合金的晶粒细化。该文章中的晶粒细化被假设为是通过TiB₂和AlB₂非均匀成核。

CN 102383013 A(Byd)公开了开发含2.0-4.0％的Al、0.40-1.70％的Zn、0.20-0.50％的Mn、0.05-1.0％的B和余量的Mg或Mg及杂质的变形镁合金。硼的添加可以是以锭的形式或是作为Al-B母合金。