[發明專利]一種增強增韌型鎂鋰合金的制備方法

有效

• 申請號: 201610412731.6
• 申請日: 2016-06-13
• 公開（公告）號: CN105950927B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 梁偉;趙子龍;高強;邊麗萍;李線絨;葉哲;郝欣偉
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 江淑蘭

1.一種增強增韌型鎂鋰合金的制備方法，其特征在于：

使用的化學物質材料為：鎂、鋰、鋁、硅、釔、無水乙醇、氬氣，其準備用量如下：以克、毫升、厘米³為計量單位

制備方法如下：

(1)精選化學物質材料

對制備使用的化學物質材料要進行精選，并進行質量純度控制：

(2)制備鋁硅釔共晶合金

鋁硅釔共晶合金的熔煉是在真空感應熔煉爐內進行的，是在抽真空、中頻感應加熱、氬氣底吹過程中完成的；

①制備開合式模具

開合式模具用不銹鋼材料制作，模具型腔為矩形體，型腔表面粗糙度Ra0.08‐0.16μm；

②清理真空感應熔煉爐

開啟真空感應熔煉爐，用金屬鏟、金屬刷清理不銹鋼熔煉坩堝，用氬氣清除爐內有害氣體，使爐內清潔；

③稱取鋁42g±0.001g、硅5.5g±0.001g、釔2.5g±0.001g，加入熔煉坩堝中，并密封真空感應熔煉爐；

④開啟真空泵，抽取爐腔內空氣，使爐內壓強達到6Pa；

⑤開啟中頻感應加熱器，加熱熔煉坩堝及其內的鋁塊、硅塊、釔塊，加熱溫度1500℃±2℃；

開啟氬氣底吹 管，氬氣底吹 速度200cm³/min ,使爐內壓強恒定在1個大氣壓，并由出氣管閥調控；

加熱，氬氣底吹 時間6min；

熔煉后成鋁硅釔共晶合金液，靜置5min；

鋁硅釔在熔煉過程中將發生合金化反應，反應方程式如下：

式中：AlSiY：鋁硅釔共晶合金

⑥澆鑄

關閉中頻感應加熱器，關閉氬氣底吹 管；

打開真空感應熔煉爐，將熔煉坩堝及其內的鋁硅釔共晶合金液對準開合式模具進行澆鑄，澆滿為止；

⑦冷卻

將開合式模具及其內的鑄錠埋入細沙中，冷卻至25℃；

⑧開模

打開開合式模具，取出鑄錠，即鋁硅釔共晶合金錠；

⑨清理、切塊

將鋁硅釔共晶合金錠置于鋼質平板上，用砂紙清理鑄錠表面；用機械切制鑄錠，成鋁硅釔共晶合金塊；然后用無水乙醇進行清洗，清洗后晾干；

(3)制備增強增韌型鎂鋰合金

增強增韌型鎂鋰合金的熔煉是在真空感應熔煉爐中進行的，是在抽真空、中頻感應加熱、氬氣底吹 過程中完成的；

①清洗開合式模具型腔，使矩形體模具型腔潔凈；

②清理不銹鋼熔煉坩堝，使坩堝內潔凈；

③稱取鎂30g±0.001g、鋰4.4g±0.001g、鋁硅釔共晶合金塊6.6g±0.001g，加入不銹鋼熔煉坩堝內，并密閉真空感應熔煉爐；

④開啟真空泵，抽取爐內空氣，使爐內壓強達6Pa；

⑤開啟中頻感應加熱器，加熱不銹鋼熔煉坩堝及其內的鎂塊、鋰塊、鋁硅釔共晶合金塊，加熱溫度700℃±2℃；開啟氬氣底吹 管，氬氣底吹 速度200cm³/min，使爐內壓強恒定在1個大氣壓，并由出氣管閥調控；

熔煉、氬氣底吹 時間4min；

在熔煉、氬氣底吹 過程中將發生合金化反應，反應方程式如下：

式中:MgLiAlSiY:增強增韌型鎂鋰合金

⑥澆鑄

預熱開合式不銹鋼模具，預熱溫度100℃；

關閉中頻感應加熱器，關閉氬氣底吹 管；

打開真空感應熔煉爐，將熔煉坩堝及其內的鎂鋰合金液對準不銹鋼模具澆口，進行澆鑄，澆滿為止；

⑦冷卻

將模具及其內的鑄錠埋入細沙中，冷卻至25℃；

⑧開模

打開不銹鋼開合式模具，取出鑄錠，即鎂鋰合金錠；

⑨清理

將鎂鋰合金錠置于鋼質平板上，用砂紙清理鑄錠周邊及表面，然后用無水乙醇清洗，清洗后晾干；

(4)輥軋成型

鎂鋰合金錠的輥軋成型是在立式輥軋機上進行的，是在輥軋機上加熱、上下軋輥相向施壓過程中完成的；

①將立式輥軋機的上、下軋輥分別加熱至150℃，并保溫；

②將鎂鋰合金錠置于輥軋機的上軋輥和下軋輥之間，調整好輥軋距離；

③開啟上軋輥加熱轉動箱、下軋輥加熱轉動箱，上軋輥的轉動方向為逆時針轉動，下軋輥的轉動方向為順時針轉動，鎂鋰合金錠由左向右軋制，軋制速度10mm/min；

加熱軋制進行6道次，軋制冶成鎂鋰合金板；

(5)低溫回火

將軋制后的鎂鋰合金板置于回火爐中，進行低溫回火，回火溫度100℃，回火時間60min；在回火過程中進行氬氣保護，氬氣輸入速度100cm³/min；

(6)清理、打磨、清洗

將回火后的鎂鋰合金板置于鋼質平板上，用機械清理鎂鋰合金板周邊及正反表面，然后用砂紙打磨，使周邊及表面規整；然后用無水乙醇清洗鎂鋰合金板周邊及表面，使其潔凈；

(7)檢測、分析、表征

對鎂鋰合金板的形貌、色澤、化學物理性能、力學性能進行檢測、分析、表征；

用掃描電子顯微鏡進行形貌分析；

用X射線衍射進行物相分析；

結論：鎂鋰合金板為銀白色，金相組織致密性好，晶粒細化，鋰及鋁硅釔中間合金均勻分布于合金基體中，合金屈服強度達189MPa,抗拉強度達205MPa；

(8)包裝儲存

制備的鎂鋰合金板用軟質材料包裝，儲存于干燥潔凈環境，要防潮、防氧化、防酸堿鹽類侵蝕，儲存溫度為20℃，相對濕度≦10％；

所述的鎂鋰合金的熔煉是在真空感應熔煉爐內進行的，是在抽真空、中頻感應加熱、氬氣底吹過程中完成的；

真空感應熔煉爐為立式，真空感應熔煉爐(1)的底部為爐座(2)、頂部為爐蓋(30)、內部為爐腔(3)；真空感應熔煉爐(1)的外部設有外水循環冷卻管(27)、并由進水閥(28)、出水閥(29)連接外接水源；在爐座(2)的下部由左支架(45)、右支架(46)支撐；在爐腔(3)的內部設有工作臺(6)，在工作臺(6)上部為熔煉坩堝(7)，熔煉坩堝(7)外部設有中頻感應加熱器(8)，熔煉坩堝(7)內為鎂鋰合金液(9)，爐腔(3)內由氬氣(10)充填；在真空感應熔煉爐(1)的右上部設有出氣管(4)、出氣閥(5)；在真空感應熔煉爐(1)的左部設有氬氣瓶(15)，氬氣瓶(15)上部設有氬氣管(16)、氬氣閥(17)；在左支架(45)內側設有底吹泵(11)，底吹泵(11)左部連接氬氣管(16)，右部連接底吹管(12)，底吹管(12)穿過爐座(2)、真空熔煉爐(1)、熔煉坩堝(7)，向熔煉坩堝(7)內輸入氬氣(10)；在右支架(46)內側設有真空泵(13)，真空泵(13)連接真空管(14)，真空管(14)與爐腔(3)連通；在真空感應熔煉爐(1)的右部設有電控箱(18)，在電控箱(18)上設有第一顯示屏(19)、第一指示燈(20)、第一電源開關(21)、第一加熱溫度控制器(22)、真空泵控制器(23)、底吹泵控制器(24)；電控箱(18)通過第一導線(25)與中頻感應加熱器(8)連接；電控箱(18)通過第二導線(26)與底吹泵(11)、真空泵(13)連接；

所述的鎂鋰合金的輥軋機成型是在立式輥軋機上進行的，是在輥軋機上加熱、上下軋輥相向施壓過程中完成的；

輥軋機為立式，在輥軋機(31)的上部為頂座(32)，并由左立柱(33)、右立柱(34)支撐；在頂座(32)的中間下部設有上軋輥加熱轉動箱(35)，上軋輥加熱轉動箱(35)連接上軋輥(37)；在輥軋機(31)中間上部設有下軋輥加熱轉動箱(36)，在下軋輥加熱轉動箱(36)連接下軋輥(38)；在輥軋機(31)上設有第二顯示屏(39)、第二指示燈(40)、第二電源開關(41)、上軋輥加熱轉動控制器(42)、下軋輥加熱轉動控制器(43)；在上軋輥(37)、下軋輥(38)之間置放鎂鋰合金板(44)，上軋輥(37)轉動方向為逆時針轉動，下軋輥(38)轉動方向為順時針轉動，鎂鋰合金板(44)由左向右軋制。