[發(fā)明專利]制備定向鎂合金的設(shè)備及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710027979.5
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106825410A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 毛萍莉;劉正;王志;王峰
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B22C9/04
• 分類號: B22C9/04;B22D27/04;B22C1/18;B22D43/00
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務(wù)所(普通合伙)21115
• 代理人: 周智博,宋鐵軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備定向鎂合金的設(shè)備及方法，屬于鎂合金制備領(lǐng)域，特別屬于定向鎂合金制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鎂合金是工業(yè)應(yīng)用中最輕的結(jié)構(gòu)金屬，具有較高的比強度及比剛度、較好的導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性、以及較好的阻尼減震和電磁屏蔽性能、易加工成形和容易回收等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天以及3C行業(yè)。近年來汽車制造商開始大量使用鎂合金壓鑄件來減輕汽車重量。盡管壓鑄鎂合金的應(yīng)用相當廣泛，但鑄造產(chǎn)品存在力學(xué)性能不夠理想。限制鎂合金應(yīng)用的原因之一是鎂合金的強度尤其是高溫強度較低，抗蠕變性能較差，使其無法用于制備高溫下長時間使用的部件，而通過定向凝固技術(shù)，能夠控制鎂合金晶界的取向和晶粒的排列，抑制晶界的滑動，從而提高合金的力學(xué)性能，尤其是高溫力學(xué)性能。定向鎂合金成為鎂合金提高性能的有效途徑。但是，較其它合金系，鎂合金在定向凝固方面的研究還處于摸索階段，主要是由于它與大部分已取得實驗成功的合金系不同，鎂合金屬于密排六方結(jié)構(gòu)，比起面心立方或體心立方結(jié)構(gòu)的金屬更難在凝固過程中獲得單一的晶粒取向。目前，已有多種工藝方法制備定向鎂合金，如水冷法、液態(tài)金屬冷卻法等，但這些工藝方法都存在一定的問題，只能制備形狀非常簡單的鑄件且效率低下，無法制備出滿足實際工程應(yīng)用的鑄件，如何制備工程上的定向鎂合金鑄件是目前鎂合金領(lǐng)域面臨的一個難題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種制備定向鎂合金的設(shè)備及方法，其目的是解決以往所存在的問題。

技術(shù)方案：發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

制備定向鎂合金的設(shè)備，其特征在于：該設(shè)備包括鑄件模殼、水冷盤、熔煉坩堝、隔熱擋板、選晶過濾網(wǎng)和抽拉機構(gòu)；鑄件模殼、水冷盤、熔煉坩堝、隔熱擋板、選晶過濾網(wǎng)和抽拉機構(gòu)均設(shè)置在殼體內(nèi)，殼體內(nèi)腔通過隔板分為上下兩層，熔煉坩堝設(shè)置在殼體內(nèi)腔的上層，水冷盤、選晶過濾網(wǎng)和抽拉機構(gòu)設(shè)置在殼體內(nèi)腔的下層，熔煉坩堝的底部設(shè)置有澆口，澆口對應(yīng)澆口下方的鑄件模殼，鑄件模殼穿過隔板與選晶過濾網(wǎng)連接，選晶過濾網(wǎng)連接水冷盤，水冷盤連接抽拉機構(gòu)；在澆口上層內(nèi)設(shè)置有為熔煉坩堝加熱和保溫的加熱電阻絲。

澆口處設(shè)置有過濾網(wǎng)；在熔煉坩堝內(nèi)設(shè)置有用于監(jiān)測熔煉坩堝的合金的合金測溫電偶；在殼體內(nèi)腔上層內(nèi)設(shè)置有測溫電偶。

在殼體內(nèi)腔上層的側(cè)壁設(shè)置有充保護氣口。

利用上述的制備定向鎂合金的設(shè)備所實施的定向鎂合金制備方法，其特征在于：本發(fā)明工藝方法如下：制備鑄件模殼，把鑄件模殼安裝在水冷盤上, 水冷盤通冷卻水，將合金塊裝入熔煉坩堝，通過充保護氣口充入保護性氣體，利用電阻絲加熱坩堝，開始熔煉合金，合金完全熔化后，合金測溫電偶測溫，進行保溫；同時，模殼需預(yù)熱到澆注溫度，測溫電偶測溫，然后通過澆口經(jīng)過濾網(wǎng)澆注到模殼中，通過隔熱擋板及水冷盤的冷卻作用建立軸向溫度梯度，合金液體經(jīng)氧化鎂過濾網(wǎng)定向凝固進行選晶，然后抽拉機構(gòu)開始向下抽拉，保證合金定向凝固速率穩(wěn)定，最后制備出定向鎂合金鑄件。

鑄件模殼采用熔模鑄造工藝制備，鑄件蠟?zāi)２捎贸Ｒ?guī)工業(yè)注射成型工藝制備，模殼采用氧化鎂材料，粘接劑由氯化鎂與活性氧化鎂粉配比形成的水化物制備；氯化鎂（MgCl₂6H₂O）的水溶液濃度為10-20%，氧化鎂粉的粒度為100-200目，氯化鎂（MgCl₂6H₂O）的水溶液與活性氧化鎂粉質(zhì)量配比為1：（3-3.5）。

鑄件模殼的厚度為5-7層；第一層為80目氧化鎂粉，第二層為60目氧化鎂砂，第三層為36目氧化鎂砂、第四-第7層為24目砂。

鑄件模殼在空氣中干燥，空氣濕度＞60%，干燥溫度為28-35℃，每層的干燥時間控制在2-4小時；鑄件模殼脫蠟采用蒸汽脫蠟，水蒸汽溫度控制在160-180℃，壓力控制在6-8個大氣壓，脫蠟時間控制在10-30秒；模殼焙燒溫度為1300-1400℃，燒結(jié)時間2-5小時，爐冷至室溫；熔煉及定向凝固過程中的保護性氣體為氬氣，氬氣的氣壓為1個大氣壓。

放置模殼后水冷盤的最高端需與隔熱擋板的最低端平齊，隔熱擋板的中孔內(nèi)徑需大于鑄件模殼最大外徑10-20毫米，模殼在澆注前需在加熱爐內(nèi)加熱至670-800℃；澆注合金后合金溶化后模殼需在加熱爐內(nèi)保溫10-30分鐘，保溫溫度為670-800℃。

測溫?zé)犭娕紴殒囥t-鎳硅或鉑銠-鉑電偶。

澆注用過濾網(wǎng)孔徑尺寸為10-15ppi, 起選晶作用的氧化鎂過濾網(wǎng)的孔徑尺寸20-50ppi;兩種過濾網(wǎng)的材質(zhì)皆為氧化鎂；模殼向下的抽拉速度控制在3-10mm/min范圍內(nèi)。