[发明专利]一种利用脉冲电流快速消除稀土镁合金中元素偏析的方法

说明书

本发明实施例公开一种利用脉冲电流快速消除稀土镁合金中元素偏析的方法，属于稀土镁合金均质化精炼的技术领域。所述方法具体包括如下步骤：S1：对以稀土元素钆(Gd)为主要合金元素的稀土镁合金进行熔炼；S2：确定脉冲电流处理参数；S3：脉冲电流处理；S4：对脉冲电流处理后的稀土镁合金不同位置进行SEM扫描电镜观察，获得不同位置稀土元素的偏析情况。与未进行均质化的稀土镁合金相比，本发明能在短时间内大幅提高稀土镁合金的各项性能，增加稀土的利用率。与其他均质化方式相比，本发明处理时间短，设备简单，效果更佳，不需其他方式辅助，可独立作用达到均匀化效果，但也可与其他方式共同作用，互不影响，降低工业化转化的成本。

技术领域

本发明属于稀土镁合金均质化精炼的技术领域，涉及一种利用脉冲电流快速消除稀土镁合金中元素偏析的方法。

背景技术

航空航天行业的不断发展使得对高性能材料的需求愈加迫切，而镁合金作为实际工程应用中最轻的结构金属材料，具有密度小、比强度、比刚度高、减震性能优良等优点，十分适合应用于航空航天这类对材料轻量化要求高的领域中。

但是普通镁合金的抗腐蚀性能和高温性能较差，应用范围十分局限。而稀土镁合金则是凭借其抗腐蚀性能和高温力学性能的改善而被更广泛地应用于航空航天领域，例如飞机上的航空座椅、发动机外壳以及卫星的壳体、支架、轴套、横梁等。对稀土镁合金的继续优化将是航空航天领域未来的焦点问题之一。

在所有的稀土元素中，钆(Gd)由于其在镁中最高的固溶度以及对镁合金的固溶强化、时效强化、沉淀强化等多种强化作用，被广泛认为是最适合应用于镁合金中提高其性能的元素。

钆(Gd)稀土元素在金属中的高温高固溶度、低温低固溶度的特点一方面会加强稀土元素在镁合金中的沉淀强化作用。但另一方面，由于钆(Gd)元素在镁合金凝固过程温度区间内较低的固溶度会使得稀土镁合金的晶粒粗大，元素偏析严重，固溶强化失效，稀土损失率极高，这些因素共同作用下就导致稀土镁合金极易碎裂，无法进行轧制，对镁合金性能的提升十分有限。故而稀土镁合金均质化冶炼成为了稀土镁合金继续发展的关键问题。

现有技术中，很多学者都已经尝试过稀土镁合金均质化处理的方法有以下几种：

1)电解处理

例如：专利CN112030193A公开了一种降低钆钇镁合金偏析的方法，发明人通过对稀土镁合金进行电解法制备，成功熔炼出了偏析程度较低的稀土镁合金。这种方式制备出来的稀土镁合金尽管偏析程度很小，但由于设备复杂、流程繁琐、初始材料珍贵等因素使得这种方式很难在工业实践中得到广泛地应用。

2)多种精炼方式协同处理

例如：专利CN1060115771A公开了一种降低ZK61M含锆镁合金铸锭锆化合物偏析的制备方法，通过煽化装置熔炼、氩气精炼、搅拌精炼、喷粉精炼的流程成功降低了镁合金铸锭锆化合物偏析。但一方面这种方式采用了多种精炼法复合作用，流程长、设备多；另一方面这种方式是否能够有效应用于性质与Zr差别很大的稀土元素仍有待研究。

3)低频电磁场处理

例如：专利CN103849801A公开了一种高强耐热镁合金锭坯电磁半连续铸造制备方法，该方法通过在熔体流入结晶器的过程中施加低频电磁场的方式，大幅降低了稀土镁合金的宏观偏析，得到了半连续铸造稀土镁合金的方法。但对设备的要求较高，需要配置有励磁线圈的结晶器，且微观偏析的问题仍无法解决。

4)搅拌破碎熔渣处理

例如：专利CN212167288A公开了一种用于镁、铝合金晶粒细化的强力搅拌装置，将金属液中残余的部分熔渣进行充分破碎细化，起到了晶粒细化的作用，降低了成分偏析。但缺点也是显而易见的，阻碍了镁合金中夹杂物的去除、且镁熔体极易与空气发生反应，而这个装置会加剧这类反应的进行，增加镁损失的同时也增加了更多的安全隐患。在镁-钆合金这类固溶度随温度变化较大的稀土镁合金中起到的作用较小。