一种含石墨烯细化剂的镁合金制备方法及应用技术

一种含石墨烯细化剂的镁合金制备方法及应用，它涉及一种细化剂的制备方法及应用。本发明专利技术为了解决镁及镁合金中晶粒细化方法局限，晶粒容易长大的问题；首先将镁及镁合金在六氟化硫和二氧化碳的混合气氛的保护下在坩埚中加热，金属熔化后，将CO2气体通入到镁合金熔体中，并保持机械搅拌，通过镁热反应产生的石墨烯及其表面的纳米氧化镁即晶粒细化剂。将含有晶粒细化剂的镁及镁合金凝固，然后将制备好的含有晶粒细化剂的合金置入所需的镁合金体系中，细化合金熔体，在凝固过程中石墨烯以及表面的氧化镁形成更多的形核质点，同时阻止晶粒的长大。从而获得具有细小晶粒结构的铸态镁合金。本发明专利技术应用于有色金属材料制造领域。

【技术实现步骤摘要】
一种含石墨烯细化剂的镁合金制备方法及应用
本专利技术涉及有色金属材料制造领域，具体涉及一种细化剂的制备方法及应用。
技术介绍
晶粒尺寸对于金属材料的力学性能有着重要影响，因为晶界会阻碍位错在滑移面的运动，晶粒越细小对位错的阻碍效果越明显。在镁合金中，晶粒细化效果一般比其他合金更加明显。在镁合金的制备过程中为了提高其力学性能，需要获得细小晶粒组织。常用的方法有机械振动、电磁搅拌、高速剪切、超声波处理等。但是这些方法对设备要求高，对大规模工业应用有很大限制。在工业生产条件下，添加晶粒细化剂是最简便而有效的方法，例如利用镁锆中间合金方法可以实现晶粒细化。但是稀土材料资源稀缺，使得材料的制造成本增加。因此开发出一种新型低成本的晶粒细化剂有巨大的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决镁及镁合金中晶粒细化方法局限，晶粒容易长大的困难的问题。而提供一种能够解决上述问题的方法，该方法是一种工艺简单、成本低廉，可应用于大规模工业化制造的新型镁合金的石墨烯细化剂的制备方法。本专利技术的一种含石墨烯细化剂的镁合金制备方法，它包以下步骤：一、将镁合金在六氟化硫和二氧化碳的混合气氛保护下在坩埚中加热熔化，得镁合金熔体；其中，加热温度为660℃-800℃；二、将流速为1L/min-5L/min的纯度为99.9％的CO2气体持续通入到镁合金熔体中，并在温度为660℃-800℃的条件下保持机械搅拌进行镁热反应，直至镁合金中质量百分含量为5％～50％的镁参与完成反应；其中，搅拌速度为500r/min-2500r/min；三、将步骤二中反应得到的合金静置5min-20min，然后将合金水冷凝固，得到含石墨烯细化剂的镁合金。本专利技术的一种含石墨烯细化剂的镁合金的应用，所述的含石墨烯细化剂的镁合金是采用上述的方法制备得到的，它用于制备细晶镁合金。本专利技术主要有以下几点优势：本专利技术的晶粒细化剂的制备过程中可以利用传统的铸造设备，操作人员容易掌握技术要领。制备过程的原材料来源广泛。因此，此种方法获得的镁合金晶粒细化剂有巨大的工业应用价值。制备的关键在于镁合金的晶粒细化分两步进行，第一步为先利用镁热反应制备含有高体积分数的石墨烯与石墨烯纳米片，第二步为将含有细化剂的镁合金置入需要进行晶粒细化的镁合金中，从而使得工业化应用操作简便。本专利技术以二氧化碳作为原料之一，通过镁热反应制备石墨烯与石墨烯纳米片作为晶粒细化剂，代替稀土材料晶粒细化剂，降低成本。本专利技术先通过小坩埚制备出少量的含高体积分数有石墨烯晶粒细化剂的镁合金，然后将其按需加入到大坩埚熔化的镁合金中，制备得到细晶镁合金。通过该方式，能够解决直接将二氧化碳通入到大坩埚熔的镁合金制备细晶镁合金，对设备要求高，条件苛刻，不适于工业化大生产的问题。附图说明图1是本专利技术制备的的晶粒细化剂细化合金的流程图；图2是实施例1制备的晶粒细化剂能谱(EDS)照片；其中，(a)SEM图像，(b)为碳的分布，(c)为镁的分布(d)为氧的分布；图3是实施例1制备镁锌合铸态金相照片；其中，A为未细化合金，B为细化后的合金；图4是实施例1制备镁锌合金细化前与细化后的硬度对比柱状图；图5是实施例1制备镁锌合金挤压变形后金相照片；其中，A为未细化合金，B为细化后的合金。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种含石墨烯细化剂的镁合金制备方法，它包括以下步骤：一、将镁合金在六氟化硫和二氧化碳的混合气氛保护下在坩埚中加热熔化，得镁合金熔体；其中，加热温度为660℃-800℃；二、将流速为1L/min-5L/min的纯度为99.9％的CO2气体持续通入到镁合金熔体中，并在温度为660℃-800℃的条件下保持机械搅拌进行镁热反应，直至镁合金中质量百分含量为5％～50％的镁参与完成反应；其中，搅拌速度为500r/min-2500r/min；三、将步骤二中反应得到的合金静置5min-20min，然后将合金水冷凝固，得到含石墨烯细化剂的镁合金。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的镁合金为ZK60镁合金。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：CO2气体的流速为3L/min-5L/min。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：在温度为720℃-800℃的条件下保持机械搅拌。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：搅拌速度为1500r/min-2500r/min。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：合金静置10min-20min。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式七：本实施方式一种含石墨烯细化剂的镁合金的应用，所述的含石墨烯细化剂的镁合金是采用具体实施方式一的方法制备得到的，它用于制备细晶镁合金。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述的含石墨烯细化剂的镁合金制备细晶镁合金的操作如下：一、在熔炼镁合金时，将制备出的含石墨烯细化剂的镁合金放入所需细化的熔化完毕的镁合金中，待合金混合均匀后，冷却凝固；二、对得到的镁合金进行变形处理，即完成细晶镁合金制备。其它与具体实施方式七相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七不同的是：将制备出的含石墨烯细化剂的镁合金放入所需细化的在温度为750℃条件下熔化完毕的镁合金中。其它与具体实施方式七相同。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述的变形处理为轧制、挤压和锻造。其它与具体实施方式七相同。本
技术实现思路
不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现专利技术的目的。通过下面实施例验证本专利技术的有益效果：实施例1本实施例的细晶镁合金制备方法如下：一、将400gZ6镁合金在六氟化硫和二氧化碳的混合气氛的保护下在坩埚中加热熔化，加热温度为700℃；二、将流速为1L/min的体积百分含量为99.9％的CO2气体持续通入到镁合金熔体中15min，并保持机械搅拌，搅拌速度为1500r/min，温度保持在700℃；三、将合金静置10min，将合金水冷凝固。四，将凝固完毕的含有晶粒细化剂的Z6镁合金取300g置入熔化完毕的1000gZ6镁合金中，保持20分钟使两种合金混合均匀，合金空冷凝固。四.对铸态材料进行挤压处理，挤压温度为300℃，挤压比14:1。本实施例制备的细晶镁合金的的流程图如图1所示。黑色的即为石墨烯纳米片，白色部分为氧化镁。图2是本实施例制备镁锌合金的晶粒细化剂能谱(EDS)照片，其中(a)SEM图像，(b)为碳的分布，(c)为镁的分布(d)为氧的分布。从图中可以清晰的观察到氧化镁与石墨烯纳米片晶粒细化剂的存在。图3本实施例制备的镁锌合金金相照片如图1所示，其中(1)为未细化合金；(2)为细化后的合金。从金相照片可以看出在合金中通入二氧化碳后晶粒发生了细化，说明反应产物氧化镁与石墨烯纳米片的存在使合金在凝固过程中形成了更多的晶核，同时抑制了合金中晶粒的长大，从而使得晶粒得到细化。图4是本实施例制备镁锌合金细化前与细化后的硬度对比柱状图，从图中可以清楚地发现经过晶粒细化后的合金，硬度明显提高。材料的力学性能得到了明显的改善。图5是本实施例制备镁锌合金挤压变形后金相照本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含石墨烯细化剂的镁合金制备方法，其特征在于它包括以下步骤：一、将镁合金在六氟化硫和二氧化碳的混合气氛保护下在坩埚中加热熔化，得镁合金熔体；其中，加热温度为660℃‑800℃；二、将流速为1L/min‑5L/min的纯度为99.9％的CO2气体持续通入到镁合金熔体中，并在温度为660℃‑800℃的条件下保持机械搅拌进行镁热反应，直至镁合金中质量百分含量为5％～50％的镁参与完成反应；其中，搅拌速度为500r/min‑2500r/min；三、将步骤二中反应得到的合金静置5min‑20min，然后将合金水冷凝固，得到含石墨烯细化剂的镁合金。

【技术特征摘要】
1.一种含石墨烯细化剂的镁合金制备方法，其特征在于它包括以下步骤：一、将镁合金在六氟化硫和二氧化碳的混合气氛保护下在坩埚中加热熔化，得镁合金熔体；其中，加热温度为660℃-800℃；二、将流速为1L/min-5L/min的纯度为99.9％的CO2气体持续通入到镁合金熔体中，并在温度为660℃-800℃的条件下保持机械搅拌进行镁热反应，直至镁合金中质量百分含量为5％～50％的镁参与完成反应；其中，搅拌速度为500r/min-2500r/min；三、将步骤二中反应得到的合金静置5min-20min，然后将合金水冷凝固，得到含石墨烯细化剂的镁合金。2.根据权利要求1所述的一种含石墨烯细化剂的镁合金制备方法，其特征在于所述的镁合金为ZK60镁合金。3.根据权利要求1所述的一种含石墨烯细化剂的镁合金制备方法，其特征在于CO2气体的流速为3L/min-5L/min。4.根据权利要求1所述的一种含石墨烯细化剂的镁合金制备方法，其特征在于在温度为720℃-800℃的条件下保持机械搅拌。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓军，李雪健，胡小石，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23