一种纳米颗粒细化镁钇中间合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米颗粒细化镁钇中间合金及其制备方法。本发明专利技术的纳米颗粒细化镁钇中间合金，按重量百分比或体积百分比计包括以下含量的原料：钇30~35 wt.%，纳米TiCN颗粒1.5~2.5 vol.%，余量为镁，其中，所述原料镁、钇均来自商用Mg

【技术实现步骤摘要】
一种纳米颗粒细化镁钇中间合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种纳米颗粒细化镁钇中间合金及其制备方法，用于制备高性能含钇稀土镁合金。

技术介绍

[0002]镁合金是迄今为止最轻的金属结构材料，易于回收重复利用，对节能减排和环境保护有着重要意义,在交通运输、电子信息、航空航天、国防军工等领域有着广阔的应用前景。但是镁合金的绝对强度较低，低耐蚀和耐热等特性始终限制其发挥进一步的作用。稀土镁合金的开专利技术显改善上述性能，然而，由于大量合金元素的加入,稀土镁合金的组织较为复杂,且存在着稀土相和初生镁相过于粗大、形状分布不均匀等问题。因此，有效改善合金中组织形貌和相分布，获得细小均匀的稀土相和初生镁相组织，是提高稀土镁合金综合力学性能的关键。
[0003]目前，在工业生产领域，中间合金混熔是制备稀土镁合金成熟且应用广泛的方法。一般采用镁稀土中间合金加入到镁熔体中进行制备，避免了大量稀土元素的氧化和由各组分间较大的熔点所差导致的过分烧损。相比于熔盐电解法和热还原法，中间合金混熔可以净化合金熔体，从而改善组织和细化晶粒等作用。稀土净化熔体的机理为稀土元素与氢、氧、氮、硫和其他杂质元素等较大的亲和力，能大量吸附溶解的气体并形成稳定的难熔化合物，大部分以熔渣的形式排出，达到净化熔体的效果。较为活泼的稀土原子在熔体中极易填补合金相的表面缺陷，降低界面处的表面张力，同时还能在初生的晶粒表面形成活性膜，阻止晶粒继续长大。但是由于铸造工艺和组织遗传性等因素，晶粒尺寸过大，成分分布不均匀的中间合金则会影响最终稀土镁合金的组织性能。如合金组织细小、共晶组织弥散分布的Mg
‑
4Sr中间合金比组织粗大、共晶组织分布不均匀的Mg
‑
4Sr中间合金在AZ91D镁合金中具有较好的变质效果。因此，改善中间合金的组织，是细化镁稀土合金的有效方法，对优化镁稀土合金组织性能，推动其在工业领域的应用具有重要意义。
[0004]研究表明，TiC
0.7
N
0.3
纳米颗粒能够有效细化AZ91D合金中的α
‑
Mg晶粒,并且诱导生长控制并阻碍共晶相的生长，达到复合变质的效果（Dake Wang et al. Materials Science and Engineering A 532 (2012) 396
–ꢀ
400），其对组织性能的改善明显优于Al
‑
5Ti
‑
1B商用晶粒细化剂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种纳米颗粒细化镁钇中间合金及其制备方法。该方法制备的镁钇中间合金中的稀土相呈细小均匀分布，合金组织得到优化。该中间合金含有大量纳米颗粒，可以用于同时细化初生镁相晶粒和富稀土相。上述新型纳米颗粒细化镁钇中间合金用于制备组织性能优化的镁稀土合金。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下方案来实现：第一方面，本专利技术提供了一种纳米颗粒细化镁钇中间合金，按重量百分比或体积
百分比计，包括以下含量的原料：钇30~35 wt.%，纳米TiCN颗粒 1.5~2.5 vol.%，余量为镁（按重量百分比计）；其中，所述原料镁、钇均来自商用Mg
‑
Y中间合金。
[0007]优选地，所述纳米TiCN颗粒为TiCN陶瓷颗粒，粒径大小为35~65nm，平均尺寸约为50nm。纳米TiCN颗粒的体积百分比优选为1.8~2.2 vol.%。
[0008]第二方面，本专利技术还提供了一种纳米颗粒细化镁钇中间合金的制备方法，包括以下步骤：S1、按照配比称取原料Mg
‑
Y中间合金、纳米TiCN颗粒，并将纳米TiCN颗粒用铝箔包覆；S2、将Mg
‑
Y中间合金在保护气氛下加热，完全熔化后搅拌均匀并保温，得合金熔体Ⅰ；S3、将合金熔体Ⅰ升温，将用铝箔包覆好的纳米TiCN颗粒加入到合金熔体Ⅰ中，并将其压入到合金熔体Ⅰ的下部，待铝箔熔化后得到合金熔体Ⅱ；S4、将超声波发生器的探头浸入到合金熔体Ⅱ的液面以下，启动超声波发生器，进行超声震动处理，搅拌、静置后得合金熔体Ⅲ；S5、将合金熔体Ⅲ降温，静置保温，浇注成形，即得纳米颗粒细化镁钇中间合金。
[0009]优选地，步骤S1中，所述原料包括Mg
‑
Y中间合金、TiCN陶瓷颗粒，TiCN陶瓷颗粒的粒径大小为50nm。
[0010]优选地，步骤S2中，保护气氛为CO2/SF6混合气体，体积比为1：2。
[0011]优选地，步骤S2中，加热的温度为620
‑
640 ℃，保温时间为5
‑
30 min。
[0012]优选地，步骤S3中，升温的温度为660~665℃。
[0013]优选地，步骤S4中，探头浸入到合金熔体Ⅱ的液面以下10
‑
20mm。超声震动处理的时间为5
‑
30min。纳米TiCN颗粒经超声震动处理后可均匀分散于所得合金熔体Ⅲ内。
[0014]优选地，步骤S5中，降温的温度为600
‑
620 ℃，保温的时间为10
‑
20min。
[0015]第三方面，本专利技术还提供一种所述纳米颗粒细化镁钇中间合金在制备镁稀土合金中的用途。镁稀土合金中钇含量为2~5wt.%。
[0016]本专利技术使用的稀土钇，可以明显提高镁合金的力学性能，对合金耐高温性，铸造性和抗腐蚀性均有很好的提升，也是镁合金中常用的稀土元素。商用镁钇中间合金中Mg
‑
30Y的稀土钇含量较高，由于Y和Mg的原子差异，也容易出现明显的元素偏聚和稀土相长大的问题，但与Mg
‑
30Gd不同的是，Mg
‑
30Y为典型的共晶合金，初生相为富稀土相。富稀土相的晶体结构复杂，很难找到具有良好形核效果的异质形核基底，添加TiCN纳米颗粒先起到了抑制晶粒生长的作用。
[0017]本专利技术中组织细化的原理在于：新型纳米颗粒细化镁钇中间合金内分布有大量的纳米TiCN颗粒，以此为原料制备稀土镁合金时，在高温下发生溶解，大量的纳米TiCN颗粒在合金熔体中分散。由于初生镁相和纳米TiCN颗粒之间存在[2110]Mg//[011]TiCN，(0002)Mg//(111)TiCN的位向关系，晶格错配度约为5.4%,故纳米TiCN颗粒可作为共晶组织生成的异质形核基底，因此当纳米TiCN颗粒分散在合金熔体中，提供大量的共晶组织形核核心，达到细化共晶组织的目的。
[0018]而且，纳米TiCN颗粒在合金熔体中的溶解度很低，在共晶组织和稀土相生成时部分纳米TiCN颗粒被推移至固两相液界面边缘，导致纳米颗粒大量聚集，降低了界面附近处
溶质浓度梯度，并造成极大过冷度，抑制了共晶组织和稀土相的生长过程，达到对镁钇中间合金的细化效果。
[0019]相较于常规的镁合金，本专利技术是利用TiCN纳米颗粒细化镁稀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米颗粒细化镁钇中间合金，其特征在于，按重量百分比或体积百分比计，包括以下含量的原料：钇30~35 wt.%，纳米TiCN颗粒 1.5~2.5 vol.%，重量百分比余量为镁。2.根据权利要求1所述的纳米颗粒细化镁钇中间合金，其特征在于，所述纳米TiCN颗粒为纳米TiCN陶瓷颗粒。3.根据权利要求2所述的纳米颗粒细化镁钇中间合金，其特征在于，所述纳米TiCN陶瓷颗粒的粒径大小为35~65nm。4.一种如权利要求1所述的纳米颗粒细化镁钇中间合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按照配比称取原料Mg
‑
Y中间合金、纳米TiCN颗粒，并将纳米TiCN颗粒用铝箔包覆；S2、将Mg
‑
Y中间合金在保护气氛下加热，完全熔化后搅拌均匀并保温，得合金熔体Ⅰ；S3、将合金熔体Ⅰ升温，将用铝箔包覆好的纳米TiCN颗粒加入到合金熔体Ⅰ中，并将其压入到合金熔体Ⅰ的下部，待铝箔熔化后得到合金熔体Ⅱ；S4、将超声波发生器的探头浸入到合金熔体Ⅱ的液面以下，启动超声波发生器，进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奎，
申请(专利权)人：上海交通大学内蒙古研究院，
类型：发明
国别省市：