專利名稱：一種同時具有精煉和細化作用的鎂合金細化劑及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種鎂合金細化劑。
背景技術：
現代社會，能源和環境問題日益成為人們關注的焦點。為了降低能耗，減少汽車尾氣造成的環境污染，汽車的輕量化成為世界各大汽車廠商極力追求的目標之一。而鎂合金作為最輕質的工程結構材料，因其具有比重輕、比強度比剛度高、阻尼減振降燥能力強、能屏蔽電磁輻射和易于回收利用等優點，使其特別適合于汽車、摩托車等交通工具和計算機、通訊、儀器儀表和軍事等領域的應用，被譽為21世紀“綠色結構材料”。自20世紀90年代以來，鎂合金在世界汽車工業中的應用正以每年約20％的速度增長，但目前國內外現有鎂合金的力學性能等還難以滿足當前及今后汽車、飛機等運載機械零部件工業的發展要求。因此，人們正從合金成分優化、細化處理及熱處理等方面對鎂合金進行研究，以期提高其綜合力學性能。而在改善鎂合金力學性能的各種工藝措施中，通過細化處理細化鎂合金的晶粒被認為是提高鎂合金綜合力學性能和改善其質量的關鍵。一般而言，晶粒細化對鎂合金性能的影響作用主要體現在以下幾方面①由于鎂合金為密排六方晶體結構，室溫下只有三個獨立的滑移系，合金的塑性變形能力較差，晶粒大小對力學性能的影響比體心立方或面心立方晶體結構的合金更為顯著，而細小的晶粒則有助于提高合金的力學性能和塑性變形能力；②由于鎂合金結晶溫度范圍寬、熱導率較低、體收縮較大，晶粒粗化傾向嚴重，并且在凝固過程中易產生縮松、熱裂等鑄造缺陷，而細小的晶粒則有助于減少熱裂和疏松等鑄造缺陷，從而使合金的性能得到提高；③細小品粒有助于縮短合金鑄態組織中品界上Mg17Al12等合金相在熱處理時的固溶擴散距離，從而使合金的熱處理效率得到提高。此外，細小的晶粒還有助于改善鎂合金的耐腐蝕性能和加工性能。也正是看到細化處理對于鎂合金性能的改善作用，因此國內外對于鎂合金的細化處理研究一直給以了廣泛的關注和高度的重視。
文獻“冶金與材料匯刊(Metallurgical and Materials Transactions，2000，31A2895)”和“鑄造(Foundry，2005，54(4)315)”對鎂合金的晶粒細化方法進行了研究和綜述，提出目前主要采用以下方法來細化鎂合金的晶粒1)熔體過熱法，即將合金熔體過熱到高于熔點的某一溫度范圍內并保溫較短的時間后，快速冷卻到澆注溫度進行鑄造；2)熔體攪拌法，即通過強磁場、超聲波或機械攪拌等方式對合金熔體施加強烈外力以達到細化晶粒的目的；3)在含鋁鎂合金中加入含碳物質(如碳酸鈣、碳酸鎂、粒狀石墨和燈黑等)或通入含碳氣體(如二氧化碳、乙炔和天然氣)；4)加入其他合金元素，如鋯(Zr)和鈣(Ca)等。然而，以上方法分別存在著不同的問題而使其應用受到不同程度的限制。如熔體過熱法由于需要將鎂合金熔體加熱到高溫，增大了鎂合金熔液的氧化損失和吸氣量，增加了能量和坩堝的消耗，而且由于雜質和熔體合金的密度均減小，不利于雜質的分離。此外，含鐵量的增大還會大大降低合金的抗腐蝕性能。熔體攪拌法存在工藝不便或操作復雜等問題；在含鋁鎂合金中加入含碳物質或通入含碳氣體需要合金中含有0.5％以上鋁時，才能起到有效的細化作用。此外，鋯由于與鎂合金中的鋁等合金元素反應使細化作用失效，因此其對除Mg-Zn-(Y)外的大多數鎂合金是不適用的，而加鈣則容易導致合金在鑄造過程中出現熱裂缺陷。也正是由于上述存在的問題，造成前面提到的這些鎂合金細化方法的應用都受到了一定程度的限制，從而影響了鎂合金的大規模應用。
發明內容
本發明的目的在于克服上述方法的不足，提出一種能對鎂合金進行高效細化，且同時還具有精煉作用的鎂合金細化劑及其使用方法。
本發明通過以下方式為來實現上述目的。
一種同時具有精煉和細化作用的鎂合金細化劑，其成分范圍為(重量百分比)10～50％石墨粉(粒徑不大于50微米)，20～40％碳酸鍶SrCO3，10～30％氟化鈰CeF，1～10％粉狀碳化鈦TiC(粒徑不大于100微米)，5～10％六氯乙烷C2Cl6。
各成分的重量百分比優選為40～50％石墨粉，20～30％碳酸鍶SrCO3，10～20％氟化鈰CeF，2～4％粉狀碳化鈦TiC，6～8％六氯乙烷C2Cl6。
該細化劑中各組份的作用為碳酸鍶主要起細化作用，其主要通過和合金熔體反應置換出具有細化作用的Sr元素來實現；氟化鈰除了起細化作用外，還有精煉除氣和除渣等作用；碳化鈦主要起細化作用，其主要通過成為合金凝固時形核核心來實現；石墨粉主要起細化作用；六氯乙烷主要起精煉除氣和除渣作用，此外，其與鎂合金熔液反應產生的氣泡還可以對合金液起攪拌作用。
本發明提供的同時具有精煉和細化作用的鎂合金細化劑的生產方法為將原材料首先分別在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按重量百分比稱取原材料；在室溫下將已按重量百分比稱取的原材料(置入碾砂機中機械)混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細化處理時用。
本發明提供的同時具有精煉和細化作用的鎂合金細化劑的使用工藝為在熔劑或氣體保護熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到700～720℃后扒渣，然后在730～750℃間將預熱后的占合金爐料重量的1～10％細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行10～15分鐘的精煉和細化處理；處理完畢后靜置5～10分鐘可得細化效果良好的鎂合金熔體。
本發明提供的細化劑具有顯著的優點，該細化劑將鎂合金的精煉處理和細化處理合為一體，簡化了鎂合金的熔體處理工藝，降低了成本，且經大量實驗和生產實踐證實，具有非常好的精煉和細化效果，改善了合金的性能。
具體實施例方式以下通過五個具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述。
實施例1細化劑的成分(重量百分比)40％石墨粉(粒徑不大于50微米)，30％碳酸鍶(SrCO3)，20％氟化鈰(CeF)，3％粉狀碳化鈦(TiC)(粒徑不大于100微米)，7％六氯乙烷(C2Cl6)。
細化劑的生產方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按質量百分比稱取原材料；在室溫下將已按質量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機中機械混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細化處理時用。
使用時，在熔劑或氣體保護熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到700℃后扒渣；然后在730～750℃間將預熱后的占合金爐料重量的7％細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行10分鐘的精煉和細化處理；處理完畢后撈渣，然后靜置5分鐘可得細化效果良好的鎂合金熔體。用于AZ91(Mg-9Al-1Zn-0.1Mn)鎂合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，晶粒平均尺寸為82um，金屬型試樣的室溫抗拉強度為189MPa、延伸率為3.2％。
實施例2細化劑的成分(重量百分比)50％石墨粉(粒徑不大于50微米)，30％碳酸鍶(SrCO3)，10％氟化鈰(CeF)，4％粉狀碳化鈦(TiC)(粒徑不大于100微米)，6％六氯乙烷(C2Cl6)。
細化劑的生產方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按質量百分比稱取原材料；在室溫下將已按質量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機中機械混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細化處理時用。
使用時，在熔劑或氣體保護熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到700℃后扒渣；然后在730～750℃間將預熱后的占合金爐料重量的6％細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行10分鐘的精煉和細化處理；處理完畢后撈渣，然后靜置5分鐘可得細化效果良好的鎂合金熔體。用于AZ91(Mg-9Al-1Zn-0.1Mn)鎂合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，晶粒平均尺寸為85um，金屬型試樣的室溫抗拉強度為185MPa、延伸率為3％。
實施例3細化劑的成分(重量百分比)50％石墨粉(粒徑不大于50微米)，25％碳酸鍶(SrCO3)，15％氟化鈰(CeF)，5％粉狀碳化鈦(TiC)(粒徑不大于100微米)，5％六氯乙烷(C2Cl6)。
細化劑的生產方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按質量百分比稱取原材料；在室溫下將已按質量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機中機械混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細化處理時用。
使用時，在熔劑或氣體保護熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到700℃后扒渣；然后在730～750℃間將預熱后的占合金爐料重量的8％細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行10分鐘的精煉和細化處理；處理完畢后撈渣，然后靜置5分鐘可得細化效果良好的鎂合金熔體。用于AZ91(Mg-9A1-1Zn-0.1Mn)鎂合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，晶粒平均尺寸為80um，金屬型試樣的室溫抗拉強度為192MPa、延伸率為3.5％。
實施例4細化劑的成分(重量百分比)45％石墨粉(粒徑不大于50微米)，25％碳酸鍶(SrCO3)，16％氟化鈰(CeF)，8％粉狀碳化鈦(TiC)(粒徑不大于100微米)，6％六氯乙烷(C2Cl6)。
細化劑的生產方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按質量百分比稱取原材料；在室溫下將已按質量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機中機械混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細化處理時用。
使用時，在熔劑或氣體保護熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到720℃后扒渣；然后在730～750℃間將預熱后的占合金爐料重量的4％細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行10分鐘的精煉和細化處理處理完畢后撈渣，然后靜置5分鐘可得細化效果良好的鎂合金熔體。用于AM60(Mg-6Al-0.22Zn-0.25Mn)鎂合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，晶粒平均尺寸為89um，金屬型試樣的室溫抗拉強度為190MPa、延伸率為3％。
實施例5細化劑的成分(重量百分比)40％石墨粉(粒徑不大于50微米)，20％碳酸鍶(SrCO3)，20％氟化鈰(CeF)，12％粉狀碳化鈦(TiC)(粒徑不大于100微米)，8％六氯乙烷(C2Cl6)。
細化劑的生產方法首先分別將原材料在烘箱中加熱到100～150℃去除水份，然后按質量百分比稱取原材料在室溫下將已按質量百分比稱取的原材料置入小型碾砂機中機械混合；將混合均勻的復合變質細化劑用壓力機壓成φ45×80mm的圓柱狀，然后用鋁箔封存，待鎂合金細化處理時用。
使用時，在熔劑或氣體保護熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到720℃后扒渣；然后在730～750℃間將預熱后的占合金爐料重量的5％細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行10分鐘的精煉和細化處理；處理完畢后撈渣，然后靜置5分鐘可得細化效果良好的鎂合金熔體。用于ZA84(Mg-8Zn-4Al-0.25Mn)鎂合金，合金熔體中的夾雜物基本被去除，晶粒平均尺寸為78um，金屬型試樣的室溫抗拉強度為191MPa、延伸率為8％。
權利要求
1.一種同時具有精煉和細化作用的鎂合金細化劑，其由以下重量百分比的成分組成10～50％石墨粉，20～40％碳酸鍶SrCO3，10～30％氟化鈰CeF，1～10％粉狀碳化鈦TiC，5～10％六氯乙烷C2Cl6；將上述原料先分別加熱去除水份，再按重量百分比稱取，混合均勻，再加壓成型，封存待用。
2.根據要求1所述的鎂合金細化劑，其特征在于各成分的重量百分比為40～50％石墨粉，20～30％碳酸鍶SrCO3，10～20％氟化鈰CeF，2～4％粉狀碳化鈦TiC，6～8％六氯乙烷C2Cl6。
3.根據要求1或2所述的鎂合金細化劑，其特征在于所述的石墨粉的粒徑不大于50微米，粉狀碳化鈦TiC的粒徑不大于100微米。
4.根據權利要求1或2所述的鎂合金細化劑，其特征在于細化劑的加壓成型是用壓力機壓成圓柱狀，然后用鋁箔封存。
5.權利要求1或2所述的鎂合金細化劑的使用方法，其特征在于在熔劑或氣體保護熔煉條件下，將鎂合金在坩堝中熔化后升溫到700～720℃后扒渣；扒渣后靜置，然后在730～750℃間將預熱后的占合金爐料重量的1～10％細化劑用鐘罩迅速壓入合金液中進行10～15分鐘的精煉和細化處理；處理完畢后靜置5～10分鐘，即得細化效果良好的鎂合金熔體。
全文摘要
本發明提出一種能對鎂合金進行高效細化，且同時具有精煉作用的鎂合金細化劑及其使用方法。細化劑的其成分重量百分比為10～50％石墨粉，20～40％碳酸鍶SrCO
文檔編號C22C23/00GK1936043SQ20061005450
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月14日 優先權日2006年10月14日
發明者楊明波, 潘復生, 湯愛濤, 白亮 申請人:重慶工學院