[發明專利]一種復合強化的高強韌性鑄造鎂合金錠的制備方法

有效

• 申請號: 201710893901.1
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107760949B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 趙宇宏;丁志兵;魯若鵬;侯華;文志勤
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C22C23/04
• 分類號: C22C23/04;C22C23/06;C22C1/03;B22D7/06
• 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

1.一種復合強化的高強韌性鑄造鎂合金錠的制備方法，其特征在于：使用的化學物質材料為：鎂、鋅、鎂釔中間合金、鎂釓中間合金、鎂鋯中間合金、氧化鎂、水玻璃、去離子水、氬氣，其組合準備用量如下：以克、毫升、厘米³為計量單位

制備方法如下：

(1)預處理鎂、鋅、鎂釔中間合金、鎂釓中間合金、鎂鋯中間合金

①切塊，將鎂、鋅、鎂釔中間合金、鎂釓中間合金、鎂鋯中間合金置于鋼質平板上，用機械切制成塊，塊體尺寸≤20mm×20mm×20mm；

②切塊后對鎂、鋅、鎂釔中間合金、鎂釓中間合金、鎂鋯中間合金用無水乙醇進行清洗；

③清洗后置于真空干燥箱中預熱干燥，預熱干燥溫度120℃，真空度2Pa，干燥時間40min；

(2)配制涂覆劑

稱取氧化鎂50g±1g，量取水玻璃10mL±1mL,、去離子水500mL±1mL，加入混漿機中進行攪拌，攪拌轉數50r/min，攪拌時間80min；

攪拌后成乳白色懸浮狀液體，即涂覆劑；

(3)制備開合式模具

開合式模具用不銹鋼材料制作，模具型腔呈矩形，型腔表面粗糙度為Ra0.08-0.16μm；

(4)熔煉制備鎂合金錠

鎂合金的熔煉是在真空熔煉爐中進行的，是在中頻感應加熱、抽真空、氬氣底吹、澆鑄成型過程中完成的；

①預處理開合式模具

用無水乙醇清洗開合式模具型腔，使之潔凈；

用配制的涂覆劑均勻涂覆開合式模具型腔表面，表面涂覆層厚度0.5mm±0.1mm；

將開合式模具置于干燥箱中預熱，預熱溫度150℃，預熱時間30min；

②打開真空熔煉爐，清理熔煉坩堝內部，并用無水乙醇進行清洗，使坩堝內部潔凈；

③稱取鎂塊1300g±0.01g、鋅塊12g±0.01g、鎂釓中間合金塊800g±0.01g、鎂釔中間合金塊240g±0.01g、鎂鋯中間合金塊48g±0.01g，置于坩堝底部；

④關閉真空熔煉爐，并密閉；

開啟真空泵，抽取爐內空氣，并使爐內壓強達2Pa；

開啟中頻感應加熱器，開始加熱，加熱溫度750℃±1℃，加熱熔煉時間60min；

⑤在坩堝底部通入氬氣底吹管，向坩堝內輸入氬氣，氬氣底吹速度150cm³/min，使爐內壓強恒定在1個大氣壓，并由出氣管閥調控；

鎂、鋅、鎂釔中間合金、鎂釓中間合金、鎂鋯中間合金在熔煉過程中將發生合金化反應，反應式如下：

式中：Mg₂₄(Gd,Y)₅：鎂釓釔共晶相

(Mg,Zn)₃(Gd,Y)：鎂釓釔鋅共晶相

α-Mg：基體相

α-Zr：基體相

熔煉后成合金熔液，加熱溫度降至720℃±1℃，在此溫度恒溫保溫10min；

⑥澆鑄

關閉氬氣底吹管；

打開真空熔煉爐；

除去熔煉坩堝內熔液表面熔渣；

對準預熱的開合式模具澆口，進行澆鑄，鑄滿為止；

⑦冷卻，將澆鑄了合金熔液的開合式模具放入真空冷卻爐內冷卻，真空度2Pa，冷卻溫度20℃；

⑧開模，打開開合式模具，取出鑄件，即鎂合金錠；

(5)熱處理鎂合金錠

將制備的鎂合金錠置于熱處理爐中進行固溶處理，固溶溫度為520℃，恒溫保溫時間為8h，通入氬氣進行保護，氬氣通入速度為100cm³/min；恒溫保溫后，將鎂合金錠快速置于30℃的溫水中進行冷卻處理，冷卻時間為60s；

將固溶處理后的鎂合金錠置于熱處理爐中進行時效處理，時效溫度為220℃，恒溫保溫時間為36h；然后將鎂合金錠快速置于30℃的溫水中進行冷卻處理，冷卻時間為60s，冷卻后為復合強化的高強韌性鑄造鎂合金錠；

鎂釓釔共晶相、鎂釓釔鋅共晶相、基體相在熱處理過程中將發生相變反應，反應式如下：

式中：Mg₁₂(Gd,Y)Zn：長周期結構相

Mg₅(Gd,Y)：析出強化相

(6)清理、清洗鎂合金錠

將復合強化的高強韌性鑄造鎂合金錠置于鋼質平板上，用砂紙打磨正反表面及周邊，使表面光潔；

然后用無水乙醇清洗各部，使其潔凈；

(7)真空干燥鎂合金錠

將復合強化的高強韌性鑄造鎂合金錠置于真空干燥箱中，干燥溫度120℃，真空度2Pa，干燥時間10min，成終產物；

(8)檢測、分析、表征

對制備的復合強化的高強韌性鑄造鎂合金錠的形貌、金相組織、力學性能進行檢測、分析、表征；

用金相分析儀進行金相組織分析；

用透射電子顯微鏡進行組織分析；

用X射線衍射儀進行XRD分析；

用微機控制電子萬能試驗機進行抗拉強度分析；

結論：復合強化的高強韌性鑄造鎂合金錠為矩形鑄件，鎂合金錠中含有長周期結構相Mg₁₂(Gd,Y)Zn、析出強化相Mg₅(Gd,Y)和α-Mg基體相、α-Zr基體相，合金抗拉強度達334Mpa，延伸率達8.4％，產物純度達99.5％。

2.根據權利要求1所述的一種復合強化的高強韌性鑄造鎂合金錠的制備方法，其特征在于：復合強化的高強韌性鑄造鎂合金錠的熔煉是在真空熔煉爐內進行的，是在抽真空、中頻感應加熱、氬氣底吹、澆鑄成型過程中完成的；

真空熔煉爐為立式，真空熔煉爐(1)的底部為爐座(2)、內部為爐腔(3)；在爐腔(3)內底部設有工作臺(6)，在工作臺(6)上置放熔煉坩堝(7)，熔煉坩堝(7)外部由中頻感應加熱器(9)環繞，熔煉坩堝(7)內為合金熔液(10)；在真空熔煉爐(1)的右上部設有出氣管(4)，并由出氣閥(5)控制；在真空熔煉爐(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)，氬氣管(16)連接底吹泵(11)，底吹泵(11)連接底吹管(12)，底吹管(12)上端出口處設有濾氣網(27)，底吹管(12)穿過爐座(2)、工作臺(6)，經濾氣網(27)通入熔煉坩堝(7)內，并對合金熔液(10)進行底吹；在爐座(2)的右下部設有真空泵(13)，真空泵(13)連接真空管(14)，真空管(14)穿過爐座(2)連通爐腔(3)；在真空熔煉爐(1)的右部設有電控箱(18)，在電控箱(18)上設有顯示屏(19)、指示燈(20)、電源開關(21)、中頻感應加熱調控器(22)、底吹泵調控器(23)、真空泵調控器(24)；電控箱(18)通過第一電纜(25)連接中頻感應加熱器(9)、通過第二電纜(26)連接底吹泵(11)、通過第三電纜(28連接真空泵(13)；爐腔(3)內由氬氣(8)充填。