專利名稱：鎂基球形準晶中間合金及其制造方法
技術領域：
本發明鎂基球形準晶中間合金及其制造方法涉及的是一種鎂基準納米尺度二十面體球形準晶中間合金材料，是屬于輕金屬材料的設計與制造領域。
背景技術：
自一九九三年我國北京航空材料研究院的羅治平等人首先確定Mg-Zn-Y合金中的Mg3Zn6Y三元相為二十面體準晶相以來，Mg-Zn-RE系準晶成為近年來準晶研究的熱點，各國的凝固物理學家們對Mg-Zn-RE三元系中準晶的形成機制、結構和性能等展開了大量的研究工作。研究發現對于Mg-Zn-RE系的準晶作為一種新型的鎂基合金材料，以其獨特的結構而具有特殊的性能。尤其值得注意的是，在鎂合金相圖上，存在穩定準晶和α-Mg兩相共存區，既可以通過快速凝固的方法形成準晶，也可以在常規鑄造的緩慢冷卻凝固過程中生成穩定準晶相。可采用常規鑄造工藝或隨后的二次熱加工工藝，使準晶顆粒彌散分布于鎂合金基體中，獲得高性能準晶顆粒增強鎂基合金材料或鎂基復合材料。彌散分布的準晶顆粒能夠阻礙位錯運動，具有彌散強化效應，提高合金的耐熱穩定性和抗蠕變性能。此外還能夠抑制高溫擠壓變形時發生再結晶。
研究發現對于在鑄造條件下形成的Mg-Zn-RE系準晶主要為三維二十面體穩定準晶，此外，還發現有二維的十面體穩定準晶存在，由于不同的稀土元素對準晶形成的過程影響不同，導致準晶最終的生長形態各異，使之當以外加方式加入鎂合金中作為細化和增強相時，其遺傳效應也不盡相同。為了最大程度地發揮增強效果，因此通過控制凝固過程來控制準晶相的形貌，大小和數量來使得在Mg-Zn-Y-Mn-Ca基合金工業化生產的結晶凝固過程中獲得一種均一二十面體準納米尺度球形準晶中間合金。為高性能鎂合金的生產提供一種新型優質強效中間合金細化變質劑。
發明內容
本發明為了在鎂基準晶中間合金的凝固過程中獲得均一的二十面體準納米尺度球形準晶相并能有效地提高準晶相的熔點，降低其在熔化溫度范圍內的溶解速度。在工業化生產過程中，我們通過對Mg-Zn-Y基三元準晶中間合金熔體進行多元微合金化與熔體的電脈沖孕育處理以及高壓凝固工藝的聯合作用來降低在熔化溫度范圍內的溶解速度，提高準晶的形成溫度和形核率，減低準晶的生長速度。為鎂基合金材料或鎂基復合材料的生產提供一種新的外加增強顆粒的鎂基準晶中間合金。
本發明一種鎂基球形準晶中間合金其特征在于是一種鎂基二十面體球形準晶中間合金材料，其化學成分(按質量百分比wt％計)為Mg40.00～45.00％，Zn45.50～55.00％，Mn0.50～4.50％，Y1.00～4.50％，Ca0.10～1.00％；其鑄態組織特征，是一種具有準納米尺度的、均一的二十面體MgxZnuYwMntCa球形準晶相+α-Mg+準晶相和α-Mg的共晶組織+MgZn晶態相基體組成的多相復合組織所組成；其中MgxZnuYwMntCas球形準晶相的體積相對含量占中間合金總體積的30～40％。
制備上述的一種鎂基球形準晶中間合金的方法，其特征在于具體工藝步驟為I.以熔體質量百分數Wt％計備料，稱取1#鎂錠41～46％，1#純鋅49～56％，純釔1～5％，電解錳1～5.00％，鎂-30％鈣中間合金1～4％；II.將稱好的料在200℃下進行預熱烘烤；III.裝入中頻感應電爐中，在SF6+CO2氣體保護下，按照常規鎂合金熔煉方法在760～800℃下在中頻感應電爐中熔煉出符合化學成分要求的準晶中間合金液體；IV.在740～760℃溫度下出爐，經電脈沖孕育處理后澆入鑄型中，在高壓下凝固成型，制備出一種具有均一二十面體準納米尺度MgxZnuYwMntCas球形準晶相的中間合金錠料，其中MgxZnuYwMntCas球形準晶相中x+u+w+t+s＝100為原子百分比，其中30≤x≤35，53≤u≤60，1≤w≤3.0，6.9≤t≤10，0.1≤s≤2。
本發明鎂基球形準晶中間合金及其制造方法的優點及用途在于這種鎂基球形準晶中間合金具有低的表面能，低的熱膨脹系數，與鎂合金基體間具有很好的潤濕性，具有好的結合強度，鎂基球形準晶相可作為大幅度提高和增強鎂基合金材料的強韌性和耐熱穩定性。
這種鎂基球形準晶中間合金制備工藝簡單，生產成本低廉可進行規模化工業生產，具有非常廣闊的市場應用前景。
四
附圖1是實施方式1中的鎂基球形準晶中間合金的金相組織照片。
附圖2是實施方式2中的鎂基球形準晶中間合金的金相組織照片。
附圖3是實施方式3中的鎂基球形準晶中間合金的金相組織照片。
五具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步的描述。
實施方式1鎂基球形準晶中間合金的化學成分(按質量百分數wt％計)為Mg40.00％，Zn55.00％，Mn3.00％，Y1.00％，Ca1.00％。
I.按設計成分備料(按熔體質量分比wt％計)，稱取1#鎂錠41％，1#純鋅56％，純釔1％，電解錳5％，鎂-30％鈣中間合金1％；II.在200℃進行預熱烘烤；III.裝入中頻感應電爐中，按常規鎂合金熔煉方法將合金在SF6+CO2氣體保護下熔化，并升溫至760℃后保溫，熔煉出符合設計化學成分要求的鎂基準晶中間合金液體；IV.在740℃出爐，經電脈沖孕育后澆入高壓鑄型中，在高壓下凝固成型，制備出一種具有均一二十面體準納米尺度MgxZnuYwMntCas球形準晶相的中間合金錠料。
這種鎂基準晶中間合金的鑄造終態基體組織是由均一二十面體準納米尺度MgxZnuYwMntCas球形準晶相+α-Mg+準晶相和α-Mg共晶組織+MgZn晶態相共存的復相組織所組成(如附圖1所示)。其中MgxZnuYwMntCas球形準晶相的體積相對含量占中間合金總體積的30％。
MgxZnuYwMntCas球形準晶相中x+u+w+t+s＝100為原子百分比，其中x＝30，u＝60，w＝3，t＝6.9，s＝0.1。
實施方式2鎂基球形準晶中間合金的化學成分(按質量百分比wt％計)為Mg45.00％，Zn45.50％，Mn4.50％，Y4.50％，Ca0.50％。
I.按設計成分備料(按熔體質量百分比wt％計)，1#鎂錠46％，1#純鋅49％，純釔3％，電解錳3％，鎂-30％鈣中間合金3％；II.在200℃下進行預熱烘烤；III.裝入中頻感應電爐中，按常規鎂合金熔煉方法將合金在SF6+CO2氣體保護下熔化，并升溫至780℃后保溫，熔煉出符合設計化學成分要求的鎂基準晶中間合金液體；IV.在760℃出爐。經電脈沖孕育后澆入高壓鑄型中，在高壓下凝固成型，制備出一種具有均一二十面體準納米尺度MgxZnuYwMntCas球形準晶相的中間合金錠料。
這種鎂基準晶中間合金的鑄造終態基體組織是由均一二十面體準納米尺度MgxZnuYwMntCas球形準晶相+α-Mg+準晶相和α-Mg共晶組織+MgZn晶態相共存的復相組織所組成(如附圖2所示)。其中MgxZnuYwMntCas球形準晶相的體積相對含量占中間合金總體積的40％。
MgxZnuYwMntCas球形準晶相中x+u+w+t+s＝100為原子百分比，其中x＝35，u＝55，w＝1，t＝8，s＝1。
實施方式3鎂基球形準晶中間合金的化學成分(按質量百分數wt％計)為Mg43.00％，Zn50.90％，Mn0.50％，Y2.50％，Ca0.10％。
I.按設計成分備料(按熔體質量分比wt％計)，稱取1#鎂錠44％，1#純鋅50％，純釔5％，電解錳1％，鎂-30％鈣中間合金4％；II.在200℃進行預熱烘烤；III.裝入中頻感應電爐中，按常規鎂合金熔煉方法將合金在SF6+CO2氣體保護下熔化，并升溫至800℃后保溫，熔煉出符合設計化學成分要求的鎂基準晶中間合金液體；IV.在750℃出爐。經電脈沖孕育后澆入高壓鑄型中，在高壓下凝固成型，制備出一種具有均一二十面體準納米尺度MgxZnuYwMntCas球形準晶相的中間合金錠料。
這種鎂基準晶中間合金的鑄造終態基體組織是由均一二十面體準納米尺度MgxZnuYwMntCas球形準晶相+α-Mg+準晶相和α-Mg共晶組織+MgZn晶態相共存的復相組織所組成(如附圖3所示)。其中MgxZnuYwMntCas球形準晶相的體積相對含量占中間合金總體積的35％。
MgxZnuYwMntCas準晶相中x+u+w+t+s＝100為原子百分比，其中x＝33，u＝53，w＝2，t＝10，s＝2。
權利要求
1.一種鎂基球形準晶中間合金其特征在于是一種鎂基二十面體球形準晶中間合金材料，其化學成分(按質量百分比wt％計)為Mg40.00～45.00％，Zn45.50～55.00％，Mn0.50～4.50％，Y1.00～4.50％，Ca0.10～1.00％；其鑄態組織特征，是一種具有準納米尺度的、均一的二十面體MgxZnuYwMntCa球形準晶相+α-Mg+準晶相和α-Mg的共晶組織+MgZn晶態相基體組成的多相復合組織所組成；其中MgxZnuYwMntCas球形準晶相的體積相對含量占中間合金總體積的30～40％。
2.制備權利要求1所述的一種鎂基球形準晶中間合金的方法，其特征在于具體工藝步驟為I.以熔體質量百分數Wt％計備料，稱取1#鎂錠41～46％，1#純鋅49～56％，純釔1～5％，電解錳1～5.00％，鎂-30％鈣中間合金1～4％；II.將稱好的料在200℃下進行預熱烘烤；III.裝入中頻感應電爐中，在SF6+CO2氣體保護下，按照常規鎂合金熔煉方法在760～800℃下在中頻感應電爐中熔煉出符合化學成分要求的準晶中間合金液體；IV.在740～760℃溫度下出爐，經電脈沖孕育處理后澆入鑄型中，在高壓下凝固成型，制備出一種具有均一二十面體準納米尺度MgxZnuYwMntCas球形準晶相的中間合金錠料，其中MgxZnuYwMntCas球形準晶相中x+u+w+t+s＝100為原子百分比，其中30≤x≤35，53≤u≤60，1≤w≤3.0，6.9≤t≤10，0.1≤s≤2。
全文摘要
一種鎂基球形準晶中間合金及其制造方法屬于金屬材料及其制備領域，其特征在于是通過微合金化與電脈沖孕育處理后在高壓凝固條件下獲得一種鎂基二十面體準納米尺度Mg
文檔編號C22C23/00GK1718801SQ200510012689
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月23日 優先權日2005年7月23日
發明者張金山, 許春香, 梁偉, 趙興國, 杜宏偉, 裴利霞 申請人:太原理工大學