镁铝合金制造技术

本发明专利技术涉及一种具有小晶粒尺寸的镁铝合金及其制备方法。所述合金尤其能够应用于铸造用途。所述合金包括晶粒细化剂，而该晶粒细化剂具有下述化学式：Mg100-x-y-zAlxCyRz其中，R是选自硅、钙、锶或稀土元素的一种元素，x为10至60At.％，y为5至50At.％，z为0至20At.％，条件是x+y+z小于100At.％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有小晶粒尺寸的镁铝合金及其制备方法。这种合金尤其适用于铸造用途。镁合金的开发通常为航天工业对轻型材料不断提高的性能需求所驱动。镁合金如此受设计者们重视的原因就在于其具有低密度，仅为铝的三分之二。这也是镁合金被广泛用于铸造及锻造制品的重要原因。近年来，由于对高防腐性能的进一步要求，在新型镁合金的改进上已获得相当的进展。由于在机械特性和防腐性能方面的改进，镁合金在航空航天以及其他特殊应用领域日益受到更多的重视。
技术介绍
镁合金的适用性往往会由于较小的晶粒尺寸而得到改善。小的晶粒尺寸通常会使镁合金具有更好的机械性能和结构均匀性，从而具有更佳的机械加工性能、良好的抗热剪切性能以及更优的可挤压性能。目前有许多制件是通过对铸坯进行挤压、轧制和锻造的方式进行生产的。因此，镁合金的细小晶粒尺寸在铸造中不仅有利于改善铸态制件的加工性能，还有助于提闻广品的_■次加工性能。镁合金通常可以分为两大类不含铝的与含铝的镁合金。不含铝的合金主要指含有锌或者通过锆改良晶粒的合金，例如ZE41，ZK60，WE43和EZ33。在这些合金中，晶粒尺寸可以通过添加锆的方式进行控制或减小。然而，锆的特殊晶粒改良功效在含铝镁合金例如AM50，AM60和AZ91中却不能起作用，这是由于铝和锆会很容易发生相互作用而形成稳定的金属间相，可惜其作为镁合金晶粒成核剂就不起作用了。因此，仍然需要开发对于镁铝合金合适的晶粒细化剂。工艺现状迄今为止，已有多种的镁铝合金细化晶粒的方法得以开发。在过热方法中，镁合金被加热到其熔点以上约150至250°C，在该温度下维持5至15分钟，之后迅速冷却至浇铸温度。其晶粒细化机理被认为是通过Al-Mn-Fe化合物的非均匀成核作用。在过热方法的过程中，观察到了几个基本特征。第一，需要在浇铸温度以上一定的温度范围才能最大限度地发挥晶粒细化的效果。第二，从过热温度至浇铸温度的快速冷却以及短暂的保持时间对于形成微细晶粒也是至关重要的条件。由于需要高温，这种方法的能耗相当高，而且在防止熔体氧化以及检查与维护浇铸包等方面还会有相当的花费。碳接种技术是目前另一种用于镁铝合金的主要且有效的晶粒细化方法。该方法的关键步骤就在于将碳引入到已熔的镁金属中。其晶粒细化机理被认为是通过化合物中的碳与熔体中的铝发生反应而形成碳化铝(Al4C3)的非均相成核作用。在工业过程中，是添加C7Cl6作为晶粒细化剂，但是由于会产生大量的有害气体，这种方法不再被允许使用。另外，无机碳，例如石墨稀、碳和石蜡也被研究作为晶粒细化剂。然而，它们的晶粒细化作用相当有限。在Elfinal方法中， 氯化铁在大约760°C被加到熔体中，而所述熔体在该温度下保持30至60分钟，从而逐渐形成Al-Mn-Fe化合物，而该化合物被认为会有晶粒细化作用。然而有报导指出，为了获得显著的晶粒细化效果，锰含量必须高于一定界值。这种方法的问题在于Fe和Mn的局部电池效应所引起抗腐蚀性能的劣化。以上方法在例如下述文献中有所描述Lee et al. Metallurgical andMaterialsTransactions, Vol. 31A，2000，pages 2805-2906。简而言之，迄今为止还没有一种用于改善铸态镁铝合金的晶粒细化的令人满意的手段。因此，本专利技术的目的在于提供一种镁铝型合金晶粒细化的改良方法。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供了一种含有晶粒细化剂的镁铝合金，所述晶粒细化剂具有如下化学式Mg100-…AlxCyRz其中，R是选自硅、钙、锶或稀土元素所构成组群的元素，X为10至60At. %，y为5至50At. %, z为O至20At. %,条件是x+y+z小于IOOAt. %。优选地x为20至50At. % ；进一步优选地y为10至35At. % ；以及进一步优选地z为I至20At. %。优选地,所述稀土元素选自镧、铺、钕、衫、铕或混合稀土。镁铝合金优选地包含晶粒细化剂且其加入量为所述合金初始重量的O. I至2%重量。所述镁铝合金可以是任何一种传统的含有镁和铝的合金。优选地，所述镁铝合金选自镁铝锌合金或镁铝锰合金；更优选地，所述合金选自AM50，AM60, AM201, AZ10, AZ31，AZ63，AZ80和AZ91所构成的组群。在第二方面，本专利技术还提供了一种制备具有微细晶粒的镁铝合金的方法，其包括将含有镁和铝的合金在保护气氛下熔化，以及向镁铝合金熔体加入具有如下化学式的晶粒细化剂Mg100-…AlxCyRz其中，R是选自硅、钙、锶或稀土元素所构成组群的元素，X为10至60At. %，y为5至50At. %, z为O至20At. %,条件是x+y+z小于IOOAt. %,并且允许合金凝固。优选地，所述稀土元素选自镧、铺、钕、衫、铕或混合稀土所构成的组群。镁铝合金优选地包括晶粒细化剂且其加入量为合金初始重量的O. I至2%重量。所述镁铝合金可以是任何传统的含有镁和铝的合金。所述镁铝合金优选地选自镁铝锌合金和镁铝锰合金所构成的组群，更优选地，所述合金选自AM50，AM60，AM201，AZ10，AZ31，AZ63，AZ80, AZ91, AE44, AE42, AJ53, AS41 和 AS42 所构成的组群。优选地，含有晶粒细化剂的熔化的镁铝合金是在让合金凝固之前进行浇铸。优选地所述保护气体包括例如惰性气体，例如氦气或IS气。更优选地，所述保护气体是IS气和SF6的混合物。所述晶粒细化剂优选地是通过高能研磨进行制备。由于晶粒细化剂具有相对较高的熔点，高能研磨是通过固相反应来制备合适晶粒细化剂的有效方法。所述晶粒细化剂加入到镁铝合金熔体中可以采用类似于将锆加入到不含铝的镁合金的方式。然后，准备好的细化剂就被加入到镁合金熔体中充当成核剂。在通过高能研磨制备晶粒细化剂时，应当优选考虑以下工艺参数优选地研磨速率为600至1300rpm,更优选地为800至llOOrpm。在研磨过程中，所述保护气体优选地应当连续地或间歇地更新以防止在所述研磨过程中镁和/或铝被氧化。如果保护气体是间歇性更新的，研磨过程中所述保护气体的更新次数优选为至少3次，更优选为至少5次。优选地，在研磨过程中采用由氧化锆或高强度钢制造的研磨球以降低铁所产生的不良影响。在球磨机中，球与粉末的比例优选为5 I至10 1，更优选为6 : I至8 : I。研磨时间优选地选择为4至8小时，更优选地为5至7小时。研磨过程开始之前的保持时间优选地选择为I至4小时，更优选地为I至3小时。 当采用高能研磨制备晶粒细化剂时,所用原料优选地选用粉末形式的。采用高能研磨制备晶粒细化剂所用原料的粒径优选为ΙΟΟμπι至400 μ m,更优选为250 μ m至350 μ m。用于制备晶粒细化剂的原料的纯度优选为99%至99. 999%，更优选为99. 9%至99. 99%。所述晶粒细化剂研磨后的粒径优选为O. Inm至50nm,更优选为O. Inm至10nm。根据本专利技术的晶粒细化剂对于铸造镁铝合金尤其有效。该样的合金包括，比如重力铸造镁铝合金、压模铸造镁铝合金、半固态铸造镁铝合金、流变铸造镁铝合金以及连续浇铸镁铝合金。在制备具有微细晶粒的镁铝合金的方法中，熔融合金的温度优选为720°C或之上，以防止晶粒细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄原定，彭秋明，诺伯特·豪特，卡尔·乌尔里希·凯勒，
申请(专利权)人：亥姆霍兹中心盖斯特哈赫特材料及海岸研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：