一种高性能镁合金的制备方法

摘要

本发明涉及一种高性能镁合金的制备方法，它是以镁、铝、锌、锰为原料，以稀土元素－镧为晶粒细化添加剂，在真空状态中，在氩气保护下，在水循环冷却下，在熔炼炉中，镁、铝、锌、锰、镧熔炼成合金熔液，并进行化学反应，在720℃±5℃静置5－10min，在680℃±5℃时浇铸成型镁合金棒，经切割、精车、机械抛光，制成高性能镁合金棒，清除了镁合金中的有害物质，金相组织致密均匀，晶粒细化，晶粒尺寸≤40μm，镁合金机械性能大幅度提高，其抗拉强度可提高至260MPa，与传统AZ91铸态性能相比，其抗拉强度可提高62.5％，延伸率可提高8倍，合金内部组织致密性增强，机械性能稳定优良，本制备方法工艺流程短，污染环境小，是理想的高性能镁合金的制备方法。

主权项

1、一种高性能镁合金的制备方法，其特征在于：本发明是由下列金属元素按镁合金配比要求精炼而成，其材料组合是：以克、毫升、厘米3为计量单位镁：Mg 2650g±100g 固态块体铝：Al 280g±10g 固态块体锌：Zn 21g±5g 固态块体锰：Mn 4g±1g 固态粉体镧：La 30g±3g 固态粉体丙酮： 1000ml±5ml 液态液体氩气：Ar 100000em3±1000cm3气态气体本发明的制备工艺方法如下：(1)精选化学物质原料对制备所需的化学物质原料及辅助材料，要进行精选，并进行纯度含量控制：镁：Mg 99.9％铝：Al 99.9％锌：Zn 99.9％锰：Mn 99.9％镧：La 99.9％丙酮： 99.1％氩气： 99.2％(2)块体材料预切制对制备使用的块体材料镁、铝、锌块体进行预切制，成易于添加的小块体，块体尺寸为：≤35×65×65mm(3)预制成型模具对精炼、浇铸所需的成型模具进行预制模具形状：开合式山字形，中间为浇铸口，模体为不锈钢；(4)精炼镁合金①.精炼镁合金是在镁合金熔炼炉中进行的，熔炼炉为立式结构，主要由工作台、炉体、炉架、加热器、加料口、观察窗、真空泵、氩气输入机构、水循环冷却机构、电阻柜、电控柜、熔炼坩埚、模具盘、炉盖提升机构、搅拌器组成；②.清理、清洗熔炼炉腔；打开熔炼炉，用吸尘器抽吸炉腔内灰尘及有害物质，抽吸时间为5min±1min；用丙酮1000ml±5ml刷洗炉盖与炉体边缘、观察窗、加料仓口的密封处，使其清洁，密封良好；③.清理清洗熔炼坩埚用吸尘器抽吸坩埚内灰尘及有害物质，抽吸时间为3min±1min；用专用金属刷铲，清除坩埚内残留物，使坩埚内表面光洁；④.预热模具将开合式山字形模具预热，预热温度为300℃±10℃，预热时间为30min±5min；⑤.装料将镁2650g、铝260g、锌21g块体、锰粉4g置于熔炼坩埚内；将镧粉30g置于重20g的加镧铝壳内，放入熔炼炉加料仓口内；⑥.开启水循环冷却机构关闭炉体、炉盖，开启旋片泵、罗茨泵、油扩散泵与水流管路的连接阀，水流循环冷却开始；⑦.熔炼炉抽真空关闭熔炼炉，使其密闭；开启旋片泵、罗茨泵与低真空阀，抽出炉内空气，当炉内压强值达到10Pa以下时，关闭罗茨泵与低真空阀，打开油扩散泵与高真空阀，接续抽取高真空，当炉内压强值达到10-3Pa时，关闭旋片泵、油扩散泵与高真空阀；⑧.向熔炼炉输入氩气开启氩气泵、氩气阀、氩气流量计，向熔炼炉内输入惰性气体——氩气，输入速度为10000cm3/min，输入时间为6min±1min，当熔炼炉内压强值达到150Pa时，关闭氩气泵；⑨.熔炼开始开启加热器，使坩埚温度升温至720℃±5℃，升温速度为10℃/min，升温时间为70min±15min；坩埚内的镁、铝、锌、锰开始熔化，由固态转换为液态；⑩.添加中间合金：稀土元素--镧将盛有30g镧粉、重20g的加镧铝壳通过加料仓口，快速加入至熔炼坩埚内，加入时间为0.5min±0.2min；加入后，用搅拌器对坩埚内的熔液进行搅拌，搅拌时间为1min±0.5min；使其熔解，成镁铝锌锰镧合金熔液；观察窗观察熔炼状况、加入镧后的混合熔液情况；_.镁铝锌锰镧合金熔液静置当稀土元素--镧添加完毕后，在720℃±5℃状态下，静置5-10min；镁铝锌锰镧合金熔液熔炼过程中将发生化学反应，反应式如下：Mn可以降低有害元素Fe在合金中的固溶度，故Mn沉淀于坩埚底部，不参与化学反应；式中，MgO-氧化镁 La2O3-三氧化二镧 Fe-铁_.降温镁铝锌锰镧合金熔液静置后开始降温，调节电阻炉输入功率，使镁铝锌锰镧合金熔液温度由720℃±5℃降至680℃±5℃；_.浇铸合金将熔炼坩埚对准模具浇铸口，并做倾斜，坩埚由垂直状态逐渐倾斜至水平状态以下；坩埚内的合金熔液，缓慢倒入设有陶瓷氧化锆滤网的模具浇铸口内，当模具腔内注满合金熔液时，停止浇铸；观察窗观察浇铸状态；_.随炉自然冷却浇铸完成后，关闭加热器，停止加热；熔炼炉内温度由720℃±5℃逐渐降温冷却，冷却速度为15℃/min，冷却至100℃±5℃；_.取出铸件当炉内温度降至≤100℃±5℃时，关闭水循环冷却机构；取出浇铸模具及铸件；_.铸件冷却脱模铸件取出后，将其埋入细砂中继续自然冷却至30℃±3℃；铸件热胀冷却后，开启模架，铸件脱模，取出铸件；(5)切割成型对精铸脱模后的铸件进行切割，切割成Φ35×200mm的圆柱棒形三支；(6)精车圆柱棒将Φ35×200mm三支精铸切割的圆柱棒分别进行精车，外圆、端面粗糙度Ra0.032-0.064μm；(7)抛光圆柱棒将镁合金棒置于抛光机上，对镁合金外圆、端面分别进行机械抛光，外圆、端面表面粗糙度Ra 0.016-0.032μm；(8)检测、分析、表征①.对精炼加工成型的镁合金棒外观、色泽、形貌、尺寸、气孔、裂纹、冷隔、熔渣、斑痕进行检测；②.对镁合金棒中的镁铝锌锰镧的化学成分、含量值进行检测；③.对镁合金棒的抗拉强度、屈服强度、韧性、冲击功、延伸率等机械性能进行检测；④.对镁合金棒的内部杂质、夹杂物碳氧元素进行检测；⑤.对镁合金棒的内部晶粒尺寸进行检测、衍射强度分析；⑥.对镁合金棒的纵横切面进行金相分析；(9)包装存储对制备成型的镁合金棒用软质材料进行包装，防止碰撞、冲击损坏；存储于阴凉干燥环境中，温度为20℃±3℃，相对湿度≤40％，要防水、防潮、防强碱侵蚀。