【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于稀土镁合金反重力铸造，具体涉及一种稀土镁合金反重力铸造用升液和细化装置及其制备方法，其包含一种用于稀土镁合金反重力铸造升液装置的过滤模块。
技术介绍
1、镁合金作为最轻的金属结构材料，其密度约为1.8g/cm3，是铝合金的2/3，钢的1/4。在轻量化需求极为迫切的航空航天领域，镁合金可有效降低结构重量，节省燃油消耗。此外，镁合金在比强度、阻尼性能及铸造性能等方面独具优势，常常被用来制作飞机蒙皮、导弹舱体、卫星支架、直升机发动机机匣等相关重部件。随着研究的深入，人们发现镁熔体中的夹杂物已成为制约该材料应用推广的关键瓶颈之一，尤其是氧化夹杂与气体夹杂极易成为材料失效的发源地，影响材料的力学性能。镁合金的精炼方法有熔剂净化、无熔剂净化和复合净化。
2、熔剂净化法利用熔剂与镁熔体及夹杂物之间界面张力的差异性，使夹杂物与熔剂团聚后沉降，从而起到净化熔体的效果。但熔剂净化法存在腐蚀厂房、熔剂夹杂、除气效果差等问题，尤其对于高稀土镁合金，极易造成稀土损耗，增加制造成本。无熔剂净化法利用气体、超声、电磁、过滤等物理方法，使夹杂物聚集并滤除，但针对大熔炼量镁熔体收效甚微，且容易给熔体带来二次污染。复合净化法技术尚不成熟，工程化应用难度较大。
3、经文献检索表明，中国专利“一种镁合金熔体连续供液净化装置及净化工艺”(申请号cn105755230 a)，该专利的特点是熔化、净化处在全封闭的炉内进行，采用无溶剂方法，杜绝腐蚀源进入熔体，能够有效地去除镁合金熔体的夹杂、薄膜或颗粒及有害气体，提升镁合金熔体的纯净度，但
技术实现思路
1、为克服现有技术的不足，本专利技术人进行锐意研究，提供了一种稀土镁合金反重力铸造用升液和细化装置及其制备方法，针对反重力铸造稀土镁合金铸件夹杂物含量多、晶粒细化剂收得率低、铸态晶粒粗大、力学性能不足等问题。
2、第一方面，本专利技术优化了传统工艺中只采用熔剂进行稀土镁合金熔体净化的方法，在升液管内设置过滤模块，借助过滤模块对镁熔体的过滤、沉淀和吸附作用，直接改善进入铸型的镁熔体纯净度；第二方面，采用的zr-ti合金相对于传统陶瓷过滤器具有较高的结构强度与高温化学稳定性，避免因破损引起的二次污染；第三方面，高温稀土镁合金熔体经过过滤模块时，模块中的ti、zr等元素部分溶解，在熔炼过程中直接提升晶粒细化剂ti、zr元素在稀土镁合金中的溶解度(相当于在熔炼过程中持续稳定的加入，而非一次性加入)，强化细化铸态晶粒的效果，显著提升材料力学性能。此外，常规的稀土镁合金熔炼过程中，存在其主要的晶粒细化剂(ti、zr元素)在熔炼过程中沉降快，收得率低的问题，而借助过滤模块中溶解的ti、zr，显著提升细化剂在镁熔体中的含量，细化铸态晶粒，提升合金的力学性能。
3、本专利技术提供的技术方案如下：
4、第一方面，本专利技术提供了一种用于稀土镁合金反重力铸造升液装置的过滤模块，所述过滤模块由呈三维骨架结构的泡沫zr-ti合金制成，设置在升液装置的升液管内部。
5、所述稀土镁合金的原料包括mg-gd-zr、mg-y-zr、mg-gd-y-zr、mg-y-sm-zr、mg-dy-nd-zr、mg-gd-nd-zr、mg-y-nd-zr、mg-nd-zn-zr、mg-gd-y-zn-zr、mg-gd-y-ag-zr中的一种。
6、第二方面，本专利技术还提供了一种所述过滤模块的制备方法，包括如下步骤：
7、步骤一、将分散剂、表面活化剂和发泡剂加入熔剂，配成混合溶液；
8、步骤二、将纯钛粉和/或纯锆粉的混合粉末加入所得混合溶液中，充分搅拌制得分散均匀的浆料；
9、步骤三、将所得浆料发泡并干燥制成多孔毛坯；
10、步骤四、将所得多孔坯料进行高温烧结，得泡沫zr-ti二元合金；
11、步骤五、按照升液装置所需尺寸，切割打磨，即得所述过滤模块。
12、步骤一中，分散剂包括环乙胺、pvp熔剂、des熔剂中的一种或几种；表面活化剂包括硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种；发泡剂包括卵黄胶、双氧水、tih2、碳酸氢铵中的一种或几种；熔剂为去离子水。混合溶液中，分散剂、表面活化剂、发泡剂、熔剂的质量分数为：分散剂10～22％，表面活化剂0.5～10％，发泡剂18～35％，其余为熔剂。分散剂可促进不同物质之间的相互扩散和均匀分布；表面活化剂可改变过滤模块的表面化学成分，消除抑制作用，使其易于捕获夹杂物；发泡剂可对物质进行成孔分解。
13、步骤二中，纯钛粉、纯锆粉粒度为10～50μm，纯度≥99.3％。加入的纯钛粉和纯锆粉中，纯钛粉质量分数为20～40wt.％，纯锆粉的质量分数为60～80wt.％。过滤模块中的钛、锆的质量分数会对处理后的镁合金组织产生影响，锆作为能够促进镁合金晶粒细化的主要元素，其质量分数较大。若使用其它金属，如铬、锰、铁等，容易对金属镁或镁合金熔液进行二次污染，降低材料的耐蚀性。
14、步骤二中，混合溶液与混合粉末的用量比为5-10ml：1g。
15、步骤三中，发泡的温度为20～150℃，时间为6～10h。
16、步骤四中，高温烧结的温度为1200～1500℃，时间为0.5～5h；升温速率为100～150℃/min。烧结温度过高会导致制品产生过烧缺陷；烧结温度过低会导致制品因欠烧而强度较差；升温速度过快会导致模块发生不均匀收缩，内部因应力而出现裂纹；升温速率过慢会导致坯料表面区域的结晶热焓增大，出现过度烧结。
17、步骤四中，泡沫zr-ti二元合金的孔隙率为60～80％，平均孔径为2～10mm。通过调整烧结温度和保温时间控制孔隙率；孔径过大会导致装置的净化效率降低；孔径过小会导致熔体堵塞。同时，模块在使用过程中，ti、zr部分溶解，造成孔隙率增大，但同时杂质堵塞泡沫合金空隙，本专利技术通过控制孔隙率和孔径大小，可控制溶解速率，进一步可以使模块在溶解、堵塞的过程中，熔体的通过效率维持在一个动态的平衡状态，避免了只有杂质堵塞或溶解过快的问题。其它不溶解材料的过滤模块(如氧化镁)，不存在溶解情况，过滤模块为一次性使用装置，用完更换，不存在量的问题。
18、步骤五中，所得过滤模块的厚度为50～200mm；过滤模块的外径与升液管的内径一致。
19、第三方面，本专利技术还提供了一种用于稀土镁合金反重力铸造的升液装置，所述升液装置在升液管内部设有过滤模块；所述过滤模块以法兰楔形齿锁紧在升液管内部或外部。
20、所述升液管所用材料为耐热不锈钢。
21、第四方面，本专利技术还提供了一种所述升液装置的使用方法，包括：
22、在上下罐压力差的作用下，镁合金熔体沿着升液管，通过过滤模块充入铸模的型腔，当达到预结晶压力时，保压，使铸件在压力下结晶凝固，待铸件完全凝固后，打开互通阀，消除上下罐压力差本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于稀土镁合金反重力铸造升液装置的过滤模块，其特征在于，所述过滤模块由呈三维骨架结构的泡沫Zr-Ti合金制成，设置在升液装置的升液管内部。
2.根据权利要求1所述的过滤模块，其特征在于，所述稀土镁合金的原料包括Mg-Gd-Zr、Mg-Y-Zr、Mg-Gd-Y-Zr、Mg-Y-Sm-Zr、Mg-Dy-Nd-Zr、Mg-Gd-Nd-Zr、Mg-Y-Nd-Zr、Mg-Nd-Zn-Zr、Mg-Gd-Y-Zn-Zr、Mg-Gd-Y-Ag-Zr中的一种。
3.根据权利要求1所述的过滤模块，其特征在于，泡沫Zr-Ti二元合金的孔隙率为60～80％，平均孔径为2～10mm。
4.根据权利要求1所述的过滤模块，其特征在于，所得过滤模块的厚度为50～200mm。
5.一种如权利要求1所述的过滤模块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，分散剂包括环乙胺、PVP熔剂、DES熔剂中的一种或几种；表面活化剂包括硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种；发泡剂包括卵黄胶、双氧水、TiH2
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，加入的纯钛粉和纯锆粉中，纯钛粉质量分数为20～40wt.％，纯锆粉的质量分数为60～80wt.％。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，发泡温度为20～150℃，时间为6～10h；步骤四中，高温烧结的温度为1200～1500℃，保温时间为0.5～5h；升温速率为100～150℃/min。
9.一种稀土镁合金反重力铸造用升液装置和细化装置，其特征在于，所述升液装置在升液管内部设有如权利要求1所述的过滤模块；所述过滤模块以法兰楔形齿锁紧在升液管内部或外部。
10.一种如权利要求9所述的稀土镁合金反重力铸造用升液装置和细化装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于稀土镁合金反重力铸造升液装置的过滤模块，其特征在于，所述过滤模块由呈三维骨架结构的泡沫zr-ti合金制成，设置在升液装置的升液管内部。
2.根据权利要求1所述的过滤模块，其特征在于，所述稀土镁合金的原料包括mg-gd-zr、mg-y-zr、mg-gd-y-zr、mg-y-sm-zr、mg-dy-nd-zr、mg-gd-nd-zr、mg-y-nd-zr、mg-nd-zn-zr、mg-gd-y-zn-zr、mg-gd-y-ag-zr中的一种。
3.根据权利要求1所述的过滤模块，其特征在于，泡沫zr-ti二元合金的孔隙率为60～80％，平均孔径为2～10mm。
4.根据权利要求1所述的过滤模块，其特征在于，所得过滤模块的厚度为50～200mm。
5.一种如权利要求1所述的过滤模块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，分散剂包括环乙胺、pvp熔剂、des熔剂中的一种或几种；表面活化剂包括硬脂酸、十二...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖旅，庞松，王堃，季松，华溪如，陈斌，戴铮，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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