一种含铝镁合金稀土相的变质剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术一种含铝镁合金稀土相的变质剂及其制备方法和应用，变质剂由以下元素按摩尔比组成为：Ｍｇ↓［ｘ］Ｓｂ↓［ｙ］Ｐ，其中ｘ＝１－６，ｙ＝１－２。制备方法包括以下步骤，（１）将块状的工业纯Ｍｇ、Ｓｂ、Ｐ以摩尔比为１－６∶１－２∶１的比例混合后放入坩埚中，将坩锅及金属型模具放入感应炉内；（２）抽真空至６×１０↑［－３］以下，冲入保护气体；（３）开始加热，升温速率为１０－２０℃／ｍｉｎ；（４）熔炼温度为６５０－７５０℃，待合金全部熔化后，保温３０－９０ｍｉｎ，熔体在感应炉内浇入金属型模具中；（５）随炉冷却到２００℃以下，从感应炉内金属型模具取出，即可得到变质剂。本发明专利技术对稀土相的形态进行有效控制，解决了含铝稀土微合金化镁合金中长期未解决的针状稀土相形态问题，在充分发挥稀土元素良好作用的同时，大幅度提高合金室温韧性、强度和塑性加工性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含铝镁合金中稀土相的变质剂，同时还涉及一种该含铝镁合金稀土相的变质剂的制备方法和应用。
技术介绍
镁合金是目前工业上可用的最轻的金属结构材料，比强度和比刚度高，加工能量低，同时具有优良的阻尼减震和电磁屏蔽性能，易于回收和切削加工，疲劳强度高，集结构、功能性于一体，具有其他金属材料及工程塑料无法比拟的优势。因此镁合金在交通工具、电子器件、航空航天、国防军工、办公和体育用品等诸多领域都具有广阔的应用前景，被誉为21世纪最富于开发和应用潜力的可持续发展的“绿色工程材料”，其开发和应用研究已成为国内外热点。然而在工业实际应用中，镁合金的应用规模只有铝业的1/50，钢铁业的1/160，主要原因是其室温冲击韧性、高温性能、耐腐蚀性能、塑性变形能力较差，屈服强度较低，造成其商业应用困难，因此，多年来人们一直致力于通过合金化等各种手段提高镁合金的使用性能。研究表明，稀土元素在镁合金中具有十分良好的作用，通过稀土合金化不仅可提高镁合金铸造性能，细化镁合金组织，进而对提高强韧性、塑性产生十分有利的影响，而且可同时显著提高镁合金的高温性能和耐腐蚀等性能。因此，稀土合金化是提高镁合金综合使用性能之非常有效的手段，对促进镁合金的实际工业应用，拓展镁合金的应用领域具有十分重要的意义。特别是随着稀土价格的降低和对高性能镁合金的迫切要求，含稀土镁合金的开发更加受到国内外的高度重视。铝是镁合金中最重要的合金元素，然而，在稀土微合金化含铝镁合金凝固过程中，富集在结晶前沿的RE与Al结合生成Al4RE、Al11RE3、Al2RE、Al10RE2Mn7等稀土相。这些稀土相的形貌为粗大的长针状或杆状，并沿晶界分布，通过固溶时效等热处理手段也基本不能改变其形态和分布，这对合金基体产生较强的割裂作用，在合金受力状态下引起应力集中，对合金塑性加工、室温韧性、强度产生十分不利的影响。如华中科技大学的王立世在《特种铸造及有色合金》2002年第3期上发表的名称为“MM对AZ91铸造性能的影响”中提到，富Ce混合稀土可显著改善AZ91合金的铸态组织，提高合金硬度和强度，但由于针状稀土相的出现，使得冲击韧度与伸长率下降，固溶时效不能有效改善针状相的形貌。含铝镁合金中稀土相形态问题，虽然已引起了国内外学者的关注，但长期以来一直未得到解决，严重阻碍着含铝镁合金稀土微合金化的进程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低成本、高性能的含铝镁合金稀土相的变质剂。同时，本专利技术的目的还在于提供一种含铝镁合金稀土相的变质剂的制备方法。另外，本专利技术的目的还在于提供该变质剂在变质含铝镁合金稀土相中的应用。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案在于采用了一种含铝镁合金稀土相变质剂，由以下元素按摩尔比组成为MgxSbyP，其中x＝1-6，y＝1-2。同时，本专利技术的技术方案还在于采用了一种含铝镁合金稀土相变质剂的制备方法，包括以下步骤，(1)将块状的工业纯Mg、Sb、P以摩尔比为1-6∶1-2∶1的比例混合后放入坩埚中，将坩锅及金属型模具放入感应炉内；(2)抽真空至6×10-3以下，冲入保护气体；(3)开始加热，升温速率为10-20℃/min；(4)熔炼温度为650-750℃，待合金全部熔化后，保温30-90min，熔体在感应炉内浇入金属型模具中；(5)随炉冷却到200℃以下，从感应炉内将金属型模具取出，即可得到变质剂。保护气体为氩气或CO2与SF6的混合气体。所述的坩锅为刷有涂料的铸钢坩锅。本专利技术的技术方案还在于采用了一种含铝镁合金稀土相的变质剂以占合金总重量的0.1％-1.5％的量加入到含铝镁合金中。本专利技术的含铝镁合金稀土相变质剂MgxSbyP，以占合金总重量的0.1％-1.5％的量加入到稀土微合金化含铝镁合金中，通过改变稀土相的成分、结构，进而改变其形核、长大机制，使合金中稀土相由沿晶界分布的粗大“针状”变质为沿晶界、晶内弥散分布的细小球状、块状、短棒状；在充分发挥稀土元素良好作用的同时，显著提高了合金的塑韧性和强度。本专利技术的变质剂在充分发挥稀土元素细化合金组织、提高合金高温性能和耐腐蚀性能作用的同时，使镁合金的综合力学性能得到显著提高。本专利技术的方法是一种用低成本获得优良组织、高性能镁合金的稀土相变质方法；而且采用的变质剂是成本低廉的易获得的元素组成的，用量小，变质工艺简单，不会增加合金的成本；本专利技术的变质剂在镁合金中易于加入和吸收，无污染，无反应渣，属于环保型变质剂。本专利技术对稀土相的形态进行有效控制，解决了含铝稀土微合金化镁合金中长期未解决的针状稀土相形态问题，在充分发挥稀土元素良好作用的同时，大幅度提高合金室温韧性、进一步提高了合金的强度和塑性加工性能，对提高镁合金这一“绿色工程材料”的综合使用性能，促进其实际应用，具有重要意义。附图说明图1为本专利技术的应用实施例1中的合金中稀土相的光学显微镜图；图2为本专利技术的应用实施例1中的合金中稀土相的二次电子像图；图3为本专利技术的应用实施例2中的合金中稀土相的光学显微镜图；图4为本专利技术的应用实施例3中的合金中稀土相的二次电子像图。具体实施例方式实施例1将铸钢坩锅和金属型模具涮上涂料，涂料由Al(OH)3、H3PO4、水玻璃(Na2SiO3)以及水以摩尔比3∶1∶1∶200的比例配制而成，具体步骤如下(1)将块状的工业纯Mg、Sb、P以摩尔比为3∶1∶1的比例均匀混合后放入坩埚中，将坩锅及金属型模具放入感应炉内；(2)抽真空至6×10-3以下，冲入氩气；(3)开始加热，升温速率为10℃/min；(4)熔炼温度为660℃，待合金全部熔化后，保温60min，熔体在感应炉内浇入金属型模具中；(5)随炉冷却到200℃以下，从感应炉内取出金属型模具，得到所要的变质剂Mg3SbP。实施例2将铸钢坩锅和金属型模具涮上涂料，涂料由Al(OH)3、H3PO4、水玻璃(Na2SiO3)、水以摩尔比3∶1∶1∶200的比例配制而成。(1)将块状的工业纯Mg、Sb、P以摩尔比为4∶1.2∶1的比例Mg、Sb、P均匀混合后放入坩埚中，将坩锅及金属型模具放入感应炉内；(2)抽真空至6×10-3以下，冲入CO2和SF6的混合气体；(3)开始加热，升温速率为15℃/min；(4)熔炼温度为700℃，待合金全部熔化后，保温30min，熔体在感应炉内浇入金属型模具中；(5)随炉冷却到200℃以下，从感应炉内取出模具，得到所要的变质剂Mg4Sb1.2P。应用实施例1本实施例中铝镁合金的成分如下3.2％Al，0.6％Zn，0.3％Mn，0.6％混合稀土，Mg余量。含铝镁合金变质熔炼工艺为(1)坩埚烧至450℃呈暗红，内壁及底部撒上JDMF覆盖剂，加入工业纯镁锭、铝锭及Al-Mn中间合金，并在其上撒镁合金覆盖剂，升温至720℃；(2)待炉料全部熔化后加入纯Zn；(3)待Zn全部熔化后，升温至780℃，将混合稀土和变质剂放在涮有涂料的铁铲上，在合金液中上下、左右缓慢搅拌1分钟后，将稀土和占镁合金重量0.3％的变质剂Mg3SbP倒入合金液内，10分钟后用铁铲搅拌1分钟，再保温20分钟；(4)取出坩埚，扒渣，精炼，精炼温度720℃，镁合金精炼剂用铝箔包好后放入钟罩内，浸入镁液2/3处上下搅动，同时不断往液面撒镁合金精炼剂，直到镁液表面不再有白色氧化物从熔池下部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含铝镁合金稀土相的变质剂，其特征在于：由以下元素按摩尔比组成为：Ｍｇ↓［ｘ］Ｓｂ↓［ｙ］Ｐ，其中ｘ＝１－６，ｙ＝１－２。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆奎，关绍康，王东军，马庆波，石广新，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]