[發明專利]一種Mg或Mg合金的晶粒細化方法

有效

• 申請號: 201410425108.5
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104195360A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 杜軍;幸侃;石裕同;李文芳
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C23/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳文姬

技術領域

本發明涉及Mg或Mg合金的處理領域，特別涉及一種Mg或Mg合金的晶粒細化方法。

背景技術

作為目前最輕的金屬結構材料，Mg及其合金常被用來作為鋼鐵、鋁合金和工程塑料等材料理想的替代材料，被廣泛應用在航空航天、汽車、軌道交通、運動器械、照明設備、冶金、化學和電化學等領域。但是，較差的室溫塑性和較低的屈服強度限制了鎂合金的廣泛應用。對鎂合金進行晶粒細化能夠同時提高它的強度和塑性。目前，最常用的細化Mg及其合金晶粒尺寸的方法是孕育細化法。

在Mg合金的孕育細化法中，碳質孕育細化法受到的關注最為廣泛。公開號為CN201110400274.6、CN1583327、CN101886196A等專利均涉及了碳質孕育細化技術。其基本機理是碳質孕育中釋放的碳原子與Al反應生成異質形核粒子,從而細化Mg晶粒。但該方法僅僅適用于含Al的鎂合金，適用范圍相對較窄。另外，其孕育晶核易與Mg合金中的一些雜質或合金元素作用,使其失去細化能力，特別是其碳質孕育晶核易于遭受Fe(Mn)元素的毒化，同時在與其他元素作用下具有較強的孕育衰退效果。

孕育細化的基本機理是異質粒子具有與基體相同或相似的晶體結構，且其晶格參數相當。Mg晶粒具有密排六方晶格，其晶格參數為：a＝0.3209nm,c＝0.5211nm。與此相比，ZnO具有與其相同的晶體結構，相似的晶核參數，其晶格參數為：a＝0.3265nm，c＝0.5219nm。因此，從理論上講ZnO應對Mg晶粒具有顯著的細化作用。申請號為200910248838.1的中國專利公開了一種納米氧化鋅細化Mg-Al合金的晶粒細化方法。該專利公開了一種利用溶液反應法制備獲得納米氧化鋅粉體的制備技術，并將其用于細化Mg-Al合金。但是該納米氧化鋅粉體需要高純溶劑來制備，其伴隨而生的副產物多且制備過程復雜。因此，尋求一種廉價的ZnO粉體很有必要，而ZnO制取最簡單的途徑是將Zn與O氧化合成。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種Mg或Mg合金的晶粒細化方法。擬利用在鋅的冶煉過程中因鋅升華后被氧化并在煙道中沉積的廢棄物，即工業鋅灰，并將其作為Mg的細化劑。從而在實現廢棄物高效回收再利用且工藝簡單的條件下，取得Mg或Mg合金高效細化的效果。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種Mg或Mg合金的晶粒細化方法，包括以下步驟：

(1)制備含工業鋅灰的中間載體：將重量百分比為20～40％的工業鋅灰和重量百分比為60～80％的Mg粉混合后壓制成型；

(2)熔化Mg或Mg合金，加入含工業鋅灰的中間載體并攪拌；

(3)靜置保溫后出爐澆鑄。

步驟(1)所述壓制成型，具體為：先在80～120MPa壓力下冷態壓制，再升溫至150～200℃，并在50～70MPa壓力下壓制。

步驟(2)所述熔化Mg或Mg合金，具體為：將Mg或Mg合金在700～750℃溫度下熔化。

步驟(2)所述加入含工業鋅灰的中間載體，具體為：加入重量為Mg或Mg合金重量的1～3％的含工業鋅灰的中間載體。

步驟(2)所述攪拌，具體為：攪拌時間1～2min。

所述靜置保溫，具體為：在700～750℃保溫，靜置時間2～10分鐘。

與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：

(1)本發明通過對工業鋅灰進行分析和檢驗，發現其主要成分是氧化鋅，工業鋅灰來源廣泛，克服了現有技術中ZnO粉體制備工藝復雜等缺點，直接將工業廢棄物工業鋅灰用于Mg或Mg合金的晶粒細化，來源廣泛，成本低廉，再回收有利于環境與資源的合理利用。

(2)本發明將工業鋅灰與Mg粉混合后壓制成含工業鋅灰的中間載體，以便將工業鋅灰加入Mg熔體中。

(3)本發明的Mg或Mg合金的晶粒細化方法操作簡便易行，加入量易于控制，無污染物排出，處理時間短。

(4)本發明的Mg或Mg合金的晶粒細化方法效果優異，尤其是對含Al量較低的鎂合金，因其晶粒尺寸普遍較大，故對其細化的效果更為顯著。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中工業鋅灰的掃描電鏡照片；

圖2為本發明實施例1中工業鋅灰的EDS圖；

圖3為本發明實施例1中工業鋅灰的XRD分析結果；

圖4為本發明實施例1中純Mg細化后的金相顯微照片圖；

圖5為本發明實施例1中未經細化純Mg的金相顯微照片圖；