[發(fā)明專利]一種采用攪拌摩擦加工提高鎂鋯晶粒細化劑細化效率的方法

有效

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• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108359822B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設計）人: 鄭飛燕;李健;彭立明;李娟
• 申請（專利權）人: 江蘇中翼汽車新材料科技有限公司;上海交通大學;江蘇中利集團股份有限公司
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C23/00
• 代理公司: 32237 江蘇圣典律師事務所
• 代理人: 朱林

本發(fā)明公開了一種采用攪拌摩擦加工提高鎂鋯晶粒細化劑細化效率的方法，包括以下步驟：(1)將商用的Mg?Zr中間合金裝夾在攪拌摩擦焊機上；(2)對Mg?Zr中間合金板進行多道次漸移式的攪拌摩擦加工處理并使處理區(qū)域覆蓋整塊材料；(3)將攪拌摩擦加工后的Mg?Zr中間合金切成小塊，按所需用量添加至熔體中以實現(xiàn)鎂合金的晶粒細化；本發(fā)明工藝穩(wěn)定可靠、成本低、無污染、效果較佳。使用經(jīng)FSP加工的Mg?Zr中間合金并對鎂合金進行晶粒細化試驗，可在達到合格晶粒細化效果的基礎上，大約節(jié)省30％～40％的Zr用量。

技術領域

本發(fā)明涉及一種采用攪拌摩擦加工提高鎂鋯晶粒細化劑細化效率的方法，屬于鎂合金晶粒細化技術領域。

背景技術

鎂合金是最輕的金屬結構材料，其密度僅相當于鋁的2/3、鋼的1/4，具有比強度高、導熱導電性好、阻尼減振、易加工、易回收等優(yōu)點，非常適合作為減重節(jié)能構件的候選材料，被稱為“21世紀的綠色工程材料”。國內外鎂合金多年的發(fā)展表明：高強度耐熱鎂合金基本上全是含Zr元素的鎂合金，如WE43、WE54、ZE41、QE22A、NZ30K、GW103K等。如經(jīng)典的含Zr鎂合金實例為WE54(Mg-5.0Y-3.5RE-0.5Zr)，其強度高且在250℃時仍保持強度長達1000h，被用在賽車發(fā)動機和變速箱部件、直升機旋翼傳動系統(tǒng)。添加Zr主要是產(chǎn)生強烈的晶粒細化作用，細小的晶粒提高了顯微組織均勻性、力學性能、腐蝕性能及后續(xù)塑性變形能力；而Zr對鎂合金的晶粒細化機理主要為異質形核和生長抑制作用。

眾所周知，Zr熔點高(1852℃)、密度重(6.52g/cm³)、在鎂中溶解度有限(654℃時約0.5wt.％)，導致鎂合金熔煉時添加Zr曾是大難題。研究者初期嘗試過添加純金屬Zr粉、海綿Zr、ZrO2、Zr鹵鹽等方式，效果均不理想，后來開發(fā)的Mg-Zr中間合金被證明是最佳的選擇。制備Mg-Zr中間合金的主流方法是鎂液高溫還原熔融Zr鹽(如K₂ZrF₆、ZrCl₄)法，此原位反應法制得的Mg-Zr合金中Zr粒子活性高、界面潔凈，故將其添加到鎂合金熔體中時，能保證Zr元素易溶入Mg液且界面潔凈。但是，還原制備Mg-Zr時，Zr的原位析出及連續(xù)生長使其粒子粗大，而還原用的鋯鹽粘度大，造成顆粒分散性不好。因此，使得Mg-Zr細化劑的組織很不均勻，Zr粒子尺寸大小不一，其中大尺寸(十微米甚至幾十微米以上)的Zr粒子占了很大一部分，使得加入鎂合金時存在Zr沉降快、形核基底少、利用率低、稀有Zr金屬浪費等問題。工業(yè)熔煉鎂合金時實際加Zr需以Zr名義成分的3～5倍實施，比如添加名義成分1.5％Zr至鎂合金熔體，才能保證澆鑄鎂合金鑄錠實收0.3～0.5％Zr，這直接增加了鎂合金的Zr晶粒細化成本。另外，晶粒細化劑的組織粗大，也很有可能導致粗大的細化劑顆粒團簇殘留于鑄錠中(尤其是由坩堝中下部的熔體澆鑄出的鑄錠)，惡化鎂合金力學性能甚至腐蝕性能，故也迫切希望使用Zr粒子細小、組織均勻的細化劑原料。檢索文獻發(fā)現(xiàn)，Qian Ma等人發(fā)表的文章“Settling of undissolved zirconium particles in pure magnesiummelts.Journal of Light Metals,2001,1(3):157-165.”和“Heterogeneous nuclei sizein magnesium-zirconium alloys.Scripta Materialia,2004,50(8):1115-1119.”闡明了有效Zr粒子的尺寸為1～5μm，而細小Zr粒子更有利于減緩沉降、保持更多的活性Zr形核核心，實現(xiàn)理想的晶粒細化效果。