[發(fā)明專利]一種鎂合金晶粒細化劑及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710105971.6
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106893912A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王順成;黃正華;黎小輝;周楠;鄭開宏
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東省材料與加工研究所
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/06;C22C21/00;C22C32/00;C22C1/10
• 代理公司: 廣東世紀專利事務(wù)所44216
• 代理人: 劉卉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鎂合金技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種鎂合金晶粒細化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

鎂合金是目前工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強度和比剛度高、阻尼減震性好、電磁屏蔽效果好等優(yōu)點，在汽車、摩托車、電子信息、軌道交通、航空航天等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。但大多數(shù)鎂合金的絕對強度仍然較低，其次，鎂合金是密排六方晶體結(jié)構(gòu)，其室溫塑性變形能力較差，限制了變形鎂合金板帶、管材、型材和鍛件等產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用。晶粒細化是提高鎂合金力學性能和改善鎂合金塑性變形能力的有效方法，同時晶粒細化還有助于提高鎂合金組織的均勻性，提高鎂合金的耐腐蝕性能，減少熱裂和組織疏松等鑄造缺陷。

早在1931年，人們就發(fā)現(xiàn)元素Zr對純鎂有明顯的晶粒細化效果，在純鎂液中加入很少量的鋯，就可大大提高純鎂的形核率，起到細化晶粒的效果。但Zr與Al、Mn等元素會形成穩(wěn)定的化合物，起不到細化晶粒的效果。例如，在含Al的鎂合金中加入Zr，Zr與Al會形成穩(wěn)定的Al₃Zr化合物，而Al₃Zr的體心正方形晶體結(jié)構(gòu)與鎂的密排六方晶體結(jié)構(gòu)完全不同，且二者的晶格常數(shù)相差很大，因此，Al₃Zr不能作為鎂晶粒的異質(zhì)形核核心，同時形成Al₃Zr將造成鎂合金中Al和Zr的損失。因此，單獨的Zr元素不能作為含Al、Mn元素的鎂合金的晶粒細化劑。后來人們發(fā)現(xiàn)ZrB₂粒子具有熔點高、穩(wěn)定性好的特點，特別是ZrB₂粒子與鎂同為密排六方晶體結(jié)構(gòu)并且二者的晶格常數(shù)相近，晶格常數(shù)錯配度非常低，根據(jù)金屬學點陣匹配原理，ZrB₂粒子是鎂的優(yōu)良非均質(zhì)形核核心，據(jù)此人們研制了含ZrB₂粒子的鋁鋯硼合金作為鎂合金的晶粒細化劑，解決了含Al、Mn等元素的鎂合金的晶粒細化問題。

目前，鋁鋯硼合金主要采用氟鹽鋁熱反應(yīng)法制備，即以氟鋯酸鉀和氟硼酸鉀為原料，將氟鹽混合物加入到鋁熔體中，通過反應(yīng)生成含有ZrB₂粒子的合金液，然后再將合金液鑄造成鋁鋯硼合金錠或連鑄連軋成鋁鋯硼合金桿。但在該制備方法中，由于合金液中ZrB₂粒子的數(shù)量眾多且尺寸細小，粒子之間具有很強的親和性，再加上合金液凝固過程中存在非平衡凝固特性，最終導(dǎo)致鋁鋯硼合金中存在嚴重的ZrB₂粒子偏析團聚，而ZrB₂粒子的偏析團聚不僅會降低晶粒細化劑的晶粒細化能力，加速晶粒細化能力的衰退，還會導(dǎo)致鎂合金深加工產(chǎn)品的表面產(chǎn)生砂眼、針孔等缺陷。另外，該方法由于需要使用大量的氟鋯酸鉀和氟硼酸鉀，氟鹽鋁熱反應(yīng)會產(chǎn)生大量的氟化氫煙霧和氧化鋁、氟鋁酸鉀等熔渣，不僅會造成嚴重的環(huán)境污染，還會增加鋁鋯硼合金中氫氣、氧化鋁、氟鋁酸鉀等非金屬夾雜物以及Fe、Si等金屬雜質(zhì)元素的含量，降低晶粒細化劑的潔凈度，并最終會影響到使用晶粒細化劑的鎂合金的潔凈度，無法滿足高潔凈、高光亮、高精密的鎂合金深加工產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種ZrB₂粒子分布均勻、晶粒細化能力強和潔凈度高的鎂合金晶粒細化劑及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明所述的鎂合金晶粒細化劑，其特點是由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Zr 4.5～5.5%，B 0.8～1.2%，Re 0.1～0.5%，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，其中所述Re的成分及質(zhì)量百分比為：Pr 18.4%，Nd 9.3%，Pm 2.6%，Sm 16.7%，Tb 5.9%，Dy 11.5%，Ho 10.7%，Tm 7.4%，Yb 3.2%，Lu 14.3%。

本發(fā)明所述的鎂合金晶粒細化劑的制備方法，其特點是包括以下步驟：

第一步：將氟鋯酸鉀和氟硼酸鉀按質(zhì)量百分比為1:0.63～1.16的比例混合均勻；

第二步：將工業(yè)純鋁錠在800～850℃加熱熔化，然后加入占鋁錠重量為22.6～30.9%的氟鋯酸鉀和氟硼酸鉀的混合物，攪拌反應(yīng)30～90分鐘，除去上面的浮渣，經(jīng)精煉除氣除雜后得到鋁鋯硼合金液；

第三步：將占鋁鋯硼合金液重量為0.1～0.5%的稀土Re加入到鋁鋯硼合金液中，攪拌得到鋁鋯硼稀土合金液；

第四步：將鋁鋯硼稀土合金液降溫至700～740℃并靜置30～60分鐘，然后鑄造成鋁鋯硼稀土合金錠或連鑄連軋成鋁鋯硼稀土合金桿，得到鎂合金晶粒細化劑。