一种细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的制备方法和应用技术

本发明专利技术为一种细晶Mg‑Al‑Ti‑C中间合金的制备方法及其应用。该方法是在铸造镁合金的基础上做了改变，通过两步法(主要原理是通过外加的方式制备含有TiC的Mg‑Al‑Ti‑C中间合金)制备粗晶Mg‑Al‑Ti‑C中间合金，并利用铜模喷铸法处理粗晶Mg‑Al‑Ti‑C中间合金得到细晶Mg‑Al‑Ti‑C中间合金，用它对镁合金进行变质处理。本发明专利技术减少了粗晶中间合金对镁合金变质处理中增强颗粒团聚的倾向，有利于镁合金结合强度的提高；中间合金的第二相增强颗粒TiC均匀分布，提高了镁合金的硬度。

【技术实现步骤摘要】
一种细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的制备方法和应用
本专利技术涉及金属材料铸造镁合金
，具体地说为一种细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的制备方法和应用。
技术介绍
以AZ91D为代表的铸造镁合金是目前密度最小，且大量应用的金属材料。它的广泛应用对于节能减排，减缓温室效应具有重要意义。而且，近年来镁合金的发展潜力和应用优势，引起了许多国家、政府、企业和研究机构对镁合金研究的高度重视，投入了大量人力、物力、财力，并取得了显著成果。镁合金的应用范围也越来越广泛，目前范围涉及汽车工业、通讯电子业和航空航天业等领域。但值得注意的是，镁合金的应用目前仅局限于非结构件。其中一个重要原因是，镁合金的力学性能和耐腐蚀性能较差。因此，通过对镁合金进行处理来增强其力学性能和耐腐蚀性能势在必行。通过外加中间合金对镁合金进行细化变质，以提高其力学性能显得尤为重要。另外，在外加增强颗粒的基础之上，通过外加中间合金，并利用中间合金的第二相，来增强镁合金的力学性能也是一种有效的方法。但是，目前大都采用粗晶中间合金对镁合金进行变质处理，这种方法已很难再提高其性能，同时采用粗晶中间合金的第二相增强镁合金力学性能容易造成增强颗粒的团聚，对采用细晶中间合金对镁合金变质处理的报道很少。目前，国内外关于制备中间合金的主要方法有：水淬法、甩带法、铜模喷铸法、雾化快速凝固法。1)水淬法：水淬法是一种历史较为悠久，且操作比较简单的快速凝固法。其主要工艺流程为：将母合金放入石英管内，将石英管抽真空并通入高纯氩气进行保护，密封石英管；采用高频感应加热装置加热石英管以熔化母合金，待母合金全部熔化后，将中间合金投入水中进行水淬急冷，以获得组织细化的合金。采用此工艺方法，为了进一步提高冷却速度，可以用金属管代替石英管。提高加热速率，较早把石英管投入水中并搅拌，可以减轻母合金与石英管反应的机率。2)甩带法：甩带法制备的工艺原理为：将原始合金加入石英管内，抽真空；采用感应线圈对石英管进行高频感应加热将原始合金熔化，向石英管内通入高纯氩气，利用高纯氩气的压力将金属液从石英管底部开有的小孔内喷出；喷出的金属液遇到高速旋转的铜辊即形成带状的快速凝固合金。该方法可通过调节铜辊的转速来改变冷却速度，缺点是无法制备出块状的快速凝固合金。郑州大学郭金洋采用甩带法制备出了纳米晶Al-5Ti-B合金，并对铝合金进行变质处理，取得了良好的效果。3)铜模喷铸法：铜模喷铸法制备快速凝固合金的工艺原理为：将小块状原始合金置于底部开有小孔的石英管内，抽真空，通氩气保护；采用高频感应加熔化中间合金，待中间合金完全熔化后，利用石英管内上下压力差，将金属液喷入正下方的铜模内快速冷却，从而获得快速凝固合金。由于铜模的热导率高，试样的尺寸小，所以获得的合金组织比较细小。该方法在冷却速率上低于甩带法，但是该方法可以制备较小尺寸的块体快速凝固合金。4)雾化快速凝固法：雾化法利用高速流体冲击力、离心力及机械打击力共同作用，使合金熔体分散成尺寸细小的雾状熔滴，同时让熔滴与流体或基底接触迅速凝固，从而获得细化的合金组织。该方法具有成本低、生产效率高、适于大规模生产的优点，但是它也有冷却效果不稳定的缺点。国内外对雾化法的研究较多。国外Ruthardt、KlausBauckhage认为可利用静态毛细波直接雾化合金，且这种方法雾化后的金属液粒径小，蒸发凝聚速率较快。国内张曙光采用超声雾化法制备出球形细晶Sn-Pb合金。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对当前铸造镁合金技术中存在的不足，提供一种细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的制备方法和应用。该方法是在铸造镁合金的基础上做了改变，通过两步法(主要原理是通过外加的方式制备含有TiC的Mg-Al-Ti-C中间合金)制备粗晶Mg-Al-Ti-C中间合金，并利用铜模喷铸法处理粗晶Mg-Al-Ti-C中间合金得到细晶Mg-Al-Ti-C中间合金，用它对镁合金进行变质处理。本专利技术减少了粗晶中间合金对镁合金变质处理中增强颗粒团聚的倾向，有利于镁合金结合强度的提高；中间合金的第二相增强颗粒TiC均匀分布，提高了镁合金的硬度。本专利技术的技术方案为：一种细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的制备方法，包括以下步骤：按照所述的合金的组分准备Al粉、TiC粉和纯镁锭，其中各组分的质量百分组成为：C0.68％～1.2％，Ti2.72％～4.8％，Al3.42％～5.6％，其余为Mg，且摩尔比Ti：C＝1:1；第一步：制备预制块将Al粉和TiC粉混合，将混合粉末用球磨机进行球磨处理3.5～4.5h；随后，在冷压的压力12～16MPa下，将球磨完的粉末压制成预制块；第二步：制备粗晶Mg-Al-Ti-C中间合金将预制块与纯镁锭放在一起，通入高纯氩气保护，采用真空感应熔炼炉加热至820～860℃，保温1～1.5h，随炉冷却，制得粗晶Mg-Al-Ti-C中间合金；所述的高纯氩气的纯度为99.999％；第三步：制备细晶Mg-Al-Ti-C中间合金将粗晶中间合金切割成块状，置于底端开孔的石英管中；对铜模喷铸炉体进行抽真空，使其真空度不低于1.2×10-3pa，并充入高纯氩气进行保护；利用感应线圈进行高频感应加热熔化粗晶中间合金，然后通入高纯氩气，将金属液喷入铜模之中，得到细晶中间合金；其中，加热温度为750～760℃，吹金属液的气压为7.5×104～8.5×104pa；所述的第一步中预制块尺寸的范围为Φ18～22mm×13～17mm；所述的第三步中的粗晶中间合金块状的尺寸在1～1.2mm。所述的细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的应用，用于变质改性镁合金：包括以下步骤：保护气氛下，将镁合金铸锭放入电阻炉中，升温加热至740～780℃，铸锭熔化后除渣，再加入细晶Mg-Al-Ti-C中间合金，降温至700～730℃，搅拌下保温8～12min，除渣后，将金属液浇铸，得到变质镁合金；其中，加入的细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的质量占变质镁合金质量的为2～15wt％。所述的镁合金为AZ91D或AZ91HP。所述的高纯Al粉、高纯TiC粉和高纯氩气的纯度为99.999％，纯Mg锭的纯度为99.95％。所述的真空感应熔炼炉为ZG-0-01型真空感应熔炼炉，井式坩埚电阻炉为SG2-5-12井式坩埚电阻炉。所述的保护气氛为体积百分比为3％SF6+97％CO2的混合气体。本专利技术的实质性特点为：本专利技术通过两步法+铜模喷铸法制备细晶Mg-Al-Ti-C中间合金(目前大都采用粗晶中间合金对镁合金进行变质处理)，并对镁合金变质处理，这对于增强镁合金的力学性能是非常有利的。本专利技术先通过铜模喷铸法处理粗晶Mg-Al-Ti-C中间合金，有效地解决了增强颗粒严重团聚的问题，使得TiC均匀弥散分布，这对于TiC在镁合金中的均匀分布是至关重要的；再通过细晶Mg-Al-Ti-C中间合金变质处理的镁合金，实现了TiC颗粒分布均匀，解决了粗晶Mg-Al-Ti-C中间合金处理镁合金，以及镁合金晶界处大量偏聚TiC颗粒的问题，有利于提高镁合金的抗拉强度。TiC为增强颗粒，因此TiC的加入能够大幅度提高镁合金的硬度。本专利技术的有益效果为：本专利技术设计两步法+铜模喷铸法制备细晶Mg-Al-Ti-C中间合金，并变质处理镁合金，使镁合金具有优良的力学性能；与传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种细晶Mg‑Al‑Ti‑C中间合金的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：按照所述的合金的组分准备Al粉、TiC粉和纯镁锭，其中各组分的质量百分组成为：C 0.68％～1.2％，Ti 2.72％～4.8％，Al 3.42％～5.6％，其余为Mg，且摩尔比Ti：C＝1:1；第一步：制备预制块将Al粉和TiC粉混合，将混合粉末用球磨机进行球磨处理3.5～4.5h；随后，在冷压的压力12～16MPa下，将球磨完的粉末压制成预制块；第二步：制备粗晶Mg‑Al‑Ti‑C中间合金将预制块与纯镁锭放在一起，通入高纯氩气保护，采用真空感应熔炼炉加热至820～860℃，保温1～1.5h，随炉冷却，制得粗晶Mg‑Al‑Ti‑C中间合金；第三步：制备细晶Mg‑Al‑Ti‑C中间合金将粗晶中间合金切割成块状，置于底端开孔的石英管中；对铜模喷铸炉体进行抽真空，使其真空度不低于1.2×10‑3pa，并充入高纯氩气进行保护；利用感应线圈进行高频感应加热熔化粗晶中间合金，然后通入高纯氩气，将金属液喷入铜模之中，得到细晶中间合金；其中，加热温度为750～760℃，吹金属液的气压为7.5×104～8.5×104pa。...

【技术特征摘要】
1.一种细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：按照所述的合金的组分准备Al粉、TiC粉和纯镁锭，其中各组分的质量百分组成为：C0.68％～1.2％，Ti2.72％～4.8％，Al3.42％～5.6％，其余为Mg，且摩尔比Ti：C＝1:1；第一步：制备预制块将Al粉和TiC粉混合，将混合粉末用球磨机进行球磨处理3.5～4.5h；随后，在冷压的压力12～16MPa下，将球磨完的粉末压制成预制块；第二步：制备粗晶Mg-Al-Ti-C中间合金将预制块与纯镁锭放在一起，通入高纯氩气保护，采用真空感应熔炼炉加热至820～860℃，保温1～1.5h，随炉冷却，制得粗晶Mg-Al-Ti-C中间合金；第三步：制备细晶Mg-Al-Ti-C中间合金将粗晶中间合金切割成块状，置于底端开孔的石英管中；对铜模喷铸炉体进行抽真空，使其真空度不低于1.2×10-3pa，并充入高纯氩气进行保护；利用感应线圈进行高频感应加热熔化粗晶中间合金，然后通入高纯氩气，将金属液喷入铜模之中，得到细晶中间合金；其中，加热温度为750～760℃，吹金属液的气压为7.5×104～8.5×104pa。2.如权利要求1所述的细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：董天顺，冯阳，刘利，李国禄，王冉，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12