一种电导率快速表征镁合金铸造材料净化程度的检测方法技术

一种电导率快速表征镁合金铸造材料净化程度的检测方法，属于材料科学领域，该方法包括以下步骤：（１）获取镁合金铸锭图像；（２）采用计算机对夹杂物面积进行图像分析处理；（３）采用金属电导率测试仪对净化处理后的镁合金电导率进行测量；（４）通过测量具有不同夹杂面积分数的镁合金材料的电导率，建立起各种镁合金材料的夹杂物含量与电导率之间的关系，根据不同镁合金材料的电导率于夹杂面积分数之间的关系，直接机算出测量部位的夹杂物面积分数。本发明专利技术的方法可以用商用便携式金属电导率测试仪测量镁合金电导率的方法来表征快速评估和表征镁合金铸造材料的净化程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料科学领域，特别涉及一种电导率快速表征镁合金铸造材料净化程度的检 测方法。
技术介绍
低密度、高比强、高比刚等诸多优点使得镁合金在航空航天工业、军工领域、交通领域、 3C领域得到越来越广泛的应用，但镁合金应用中存在的主要问题包括耐蚀性差、塑性变形性 能差和强度不高等，这些问题的克服与解决都直接或间接与镁合金熔体的纯净度不高有关。 镁合金熔体在熔炼与铸造过程中易氧化和易燃烧，其所产生的大量非金属化合物难以与镁合 金熔体良好分离。镁合金中的夹杂物不仅降低镁合金的铸造、塑性变形和热处理性能，还严 重影响镁合金的机械性能、耐蚀性能、疲劳性能等服役性能，净化问题成为提高材料应用领 域的十分重要的因素。因此，人们努力通过各种技术方法降低镁合金材料的夹杂程度。研究 和控制镁合金材料的净化程度的关键问题是其客观和精确的评价方法。然而，如何衡量和评 价镁合金材料的净化水平不仅是研究领域遇到的难题，也是镁合金生产企业的难题。目前，用于检测液态金属夹杂物的主要方法有(l)超声波检测法原理是基于夹杂物 耗散声脉冲能量的份额。超声波信号经发射器发射到液态金属中，在遇到夹杂物时，由于夹 杂物吸收部分能量后，使信号接收器接收的返回信号能量降低。根据示波器上所显示的信号 强度可以计算夹杂物的数量及大小。超声波的频率限制了所能测定的夹杂物的最小尺寸，其 可检测到的夹杂物尺寸一般不小于20^im; (2)电感应区域法原理是通过记录非导电夹杂物 造成的电路断路产生的电压脉冲增加值来确定夹杂物数量与尺寸分布。该法特点是快捷，且可测量小至20um的夹杂物。但该法不能测量具有导电能力的夹杂物，另外由于镁合金的高活性，测量中用到的电绝缘试样管难以选择；(3)真空过滤取样法原理是靠真空通过过滤片抽取一定体积的熔融金属液和分离的夹杂物试样，称取过滤金属液质量，并对夹杂物作定量分析，最后算出单位质量金属液中所含夹杂物体积分数。该法的缺点液态金属容易从试样容器中回流到过滤器帽中，使检测结果失真。以上方法主要是针对液态金属的检测方法，不仅设备复杂昂贵，检测成本高，而且对于镁合金来说，由于难以克服液态金属表面的快速氧化问题而在实际中难以得到应用。实际上，最终影响材料性能的是固态材料中的夹杂情况，而液体金属在凝固过程中其夹杂物形态和数量都可能发生新的变化，因此，固态金属材料中的夹杂物情况的测量对于材料性能的评价是更直接和更有意义的。目前对于固体金属材料的夹杂物检测主要通过抛光或者同时进行适当蚀刻，通过金相显微镜观察，并采用图像分析软件进行图像分析来获得各类夹杂物的面积分 数(或者体积分数)，再根据各类夹杂物的影响程度进行加权统计分析，来评价材料的夹杂程 度。这个过程相当繁杂，而且检测结果严重依赖于操作者的手法，结果的重现性差。此外， 目前在镁合金中较成熟的固态金属材料检测方法是光亮度检测法。该法是专门用于检测镁合 金中氧化物数量的技术。原理是利用夹杂物(主要是MgO)与基体金属对光的反射作用不同， 反射光亮度与氧化夹杂物之间呈对应关系，根据反射光亮度可估算氧化物夹杂的数量。该法 特点是可以准确测定镁合金中氧化物夹杂物的分布、数量，有利于实现测量过程的自动化。 已经在DOW得到应用。但该法严重依赖于试样表面的光洁度，且也存在设备复杂昂贵、检 测成本高等问题。另一种针对固态金属材料的方法是断口测试法。它是一种统计方法，最先 由曰本轻金属公司专利技术，现已成功用于对液态金属净化程度的检测。金属液浇入上平面有4个 三角形槽的模中后，立刻敲断，检测断口上有无夹杂物，有夹杂物的断裂面作为1个事件， K =有夹杂物的事件数/被检测的试样数。K值越小，金属液中夹杂物越少。'对于镁合金铸 造来说，铸造过程中熔体的夹杂程度会发生变化，另外检测过程也是十分繁琐，因此目前在 镁合金中并没有得到应用。电导率是物质传送电流的能力。金属材料电导率与其氧化夹杂的多少有关，试样夹杂多， 电导率低，即电导率与夹杂程度有一一对应关系，因此，测量样品的电导率也是表征其纯净 度的一种可行方法，目前关于此类方法的研究尚未见报道。
技术实现思路
针对目前镁合金材料夹杂程度评价与表征存在的一些问题，本专利技术提供一种电导率快速 表征镁合金铸造材料净化程度的检测方法。该方法可以采用商用便携式电导率测试仪来快速 评价其净化程度。 '采用超声净化方法处理镁合金熔体，通过改变超声处理条件，改变熔体中夹杂物的分布， 并，将完全凝固的镁合金从坩埚中取出，并从纵轴面观察与检测夹杂程度。夹杂程度的检测方法为将完全凝固的镁合金从坩埚中取出，并从纵轴面观察与检测夹杂程度。 夹杂物观察步骤为纵轴面经标准金相制备，经混合酸蚀刻10 20s，清水洗净；然后 在光洗剂中浸泡5~10s，清水洗净；然后滴上酒精，用吹风机吹干；吹干后进行宏观照相； 照片经图像处理后，将铸锭沿轴向等距离分为多层，用图像处理软件对夹杂物面积进行分析 处理。用夹杂物的相对面积分数^来表征夹杂物的分布及其变化规律，其定义为4=2x100%式中，i ,—铸锭纵截面第/层的夹杂物面积相对于其总夹杂面积的分数；^一第/层的夹杂 物面积；J一夹杂物总面积。以上直接测量夹杂物面积分数的方法是对材料夹杂程度的一种直接表征，但过程较复 杂，时间周期长。 -电导率是表征金属材料导电能力强弱的一个重要物理量，通过研究表明，镁合金中的非金属夹杂物对材料的导电能力有很大的影响。本专利技术为了实现用测量电导率的方法实现对镁 合金材料夹杂程度的表征，通过大量测量具有不同夹杂面积分数的镁合金材料的电导率，建 立起各种镁合金材料的夹杂物含量与电导率之间的关系，进而可以采用便携式电导率测量仪 测量镁合金材料的电导率以快速表征材料的夹杂程度和夹杂物分布情况，进而能够判断对应 镁合金材料凝固前的熔体净化程度。夹杂物观察步骤为纵轴面经标准金相制备，经混合酸蚀刻10 20s，清水洗净；然后 在光洗剂中浸泡5~10s，清水洗净；然后滴上酒精，用吹风机吹干；吹干后进行宏观照相获 取镁合金铸锭图像；图像经处理后，将镁合金铸锭沿轴向等距离分为多层，用计算机图像处 理软件对夹杂物面积进行分析处理。用夹杂物面积分数《表征夹杂程度，其定义为巧=^LX100%式中，巧一夹杂物面积分数；《一视野中的夹杂物面积；^一视野总面积。 本专利技术的超声凝聚净化镁合金中非金属杂物的方法具体步骤如下将镁合金铸坯置于经过预热的坩埚中，在保护气氛下和搅拌条件下加热，搅拌速度为 30 60rpm，加热到高出液相线50~120'C，使镁合金铸坯成为镁合金熔体；采用超声波发生器 对镁合金熔体施加超声波，超声波频率为18 22kHz,超声波强度为0.1~6.0W/cm2，时间为 10~80s;其中施加超声波的方法为将经过预热的超声波杆插入镁合金熔体中，.超声波杆的 预热温度与镁合金熔体的温度相同。施加超声波结束后移出超声波杆，将镁合金熔体冷却至 室温；本专利技术中采用的冷却方法为镁合金熔体在超声净化温度下静置保温10~80s，然后用 水冷却至室温，使镁合金熔体凝固。本专利技术中的保护气氛条件为通入C02/SF6混合气体，流量为5~10ml/min，混合气体的体积比为co2: sf6=ioo : i。本专利技术中坩埚的预热温度为150~300°C。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电导率快速表征镁合金铸造材料净化程度的检测方法，其特征在于包括以下步骤：（１）获取镁合金铸锭图像；（２）采用计算机对夹杂物面积进行图像分析处理，用夹杂物面积分数Ｆ↓［ｉ］表征夹杂程度，其定义为　Ｆ↓［ｉ］＝Ｓ↓［ｉ］／Ｓ↓［Ｌ］× １００％；式中，Ｆ↓［ｉ］为夹杂物面积分数；Ｓ↓［ｉ］为视野中的夹杂物面积；Ｓ↓［Ｌ］为视野总面积；（３）采用金属电导率测试仪对净化处理后的镁合金电导率进行测量；（４）通过测量具有不同夹杂面积分数的镁合金材料的电导率，建立起各种镁合金材料的夹杂物含量与电导率之间的关系，根据不同镁合金材料的电导率于夹杂面积分数之间的关系，直接计算出测量部位的夹杂物面积分数；其中ＧＷ１０３Ｋ镁合金的电导率σ（％ＩＡＣＳ）与夹杂面积分数Ｆ↓［ｉ］之间满足公式Ｆ↓［ｉ］＝１８５．７－４２．８７ＩＡＣＳ＋２．４８（ＩＡＣＳ）↑［２］；ＡＺ８０＋０．２Ｙ镁合金电导率σ与夹杂面积分数Ｆ↓［ｉ］之间满足公式Ｆ↓［ｉ］＝３６９－５１．６５ＩＡＣＳ＋１．８（ＩＡＣＳ）↑［２］；ＡＺ３１镁合金电导率σ（％ＩＡＣＳ）与夹杂面积分数Ｆ↓［ｉ］之间满足公式Ｆ↓［ｉ］＝２６０１－２６０ＩＡＣＳ＋６．５（ＩＡＣＳ）↑［２］。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乐启炽，张志强，崔建忠，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]