[發明專利]一種細晶Mg-Al-Ti-C中間合金的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811464048.2
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN109518027B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 董天順;馮陽;劉利;李國祿;王冉
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/03;C22C23/02
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種細晶Mg?Al?Ti?C中間合金的制備方法及其應用。該方法是在鑄造鎂合金的基礎上做了改變，通過兩步法(主要原理是通過外加的方式制備含有TiC的Mg?Al?Ti?C中間合金)制備粗晶Mg?Al?Ti?C中間合金，并利用銅模噴鑄法處理粗晶Mg?Al?Ti?C中間合金得到細晶Mg?Al?Ti?C中間合金，用它對鎂合金進行變質處理。本發明減少了粗晶中間合金對鎂合金變質處理中增強顆粒團聚的傾向，有利于鎂合金結合強度的提高；中間合金的第二相增強顆粒TiC均勻分布，提高了鎂合金的硬度。

技術領域

本發明涉及金屬材料鑄造鎂合金技術領域，具體地說為一種細晶Mg-Al-Ti-C中間合金的制備方法和應用。

背景技術

以AZ91D為代表的鑄造鎂合金是目前密度最小，且大量應用的金屬材料。它的廣泛應用對于節能減排，減緩溫室效應具有重要意義。而且，近年來鎂合金的發展潛力和應用優勢，引起了許多國家、政府、企業和研究機構對鎂合金研究的高度重視，投入了大量人力、物力、財力，并取得了顯著成果。鎂合金的應用范圍也越來越廣泛，目前范圍涉及汽車工業、通訊電子業和航空航天業等領域。但值得注意的是，鎂合金的應用目前僅局限于非結構件。其中一個重要原因是，鎂合金的力學性能和耐腐蝕性能較差。因此，通過對鎂合金進行處理來增強其力學性能和耐腐蝕性能勢在必行。通過外加中間合金對鎂合金進行細化變質，以提高其力學性能顯得尤為重要。另外，在外加增強顆粒的基礎之上，通過外加中間合金，并利用中間合金的第二相，來增強鎂合金的力學性能也是一種有效的方法。但是，目前大都采用粗晶中間合金對鎂合金進行變質處理，這種方法已很難再提高其性能，同時采用粗晶中間合金的第二相增強鎂合金力學性能容易造成增強顆粒的團聚，對采用細晶中間合金對鎂合金變質處理的報道很少。

目前，國內外關于制備中間合金的主要方法有：水淬法、甩帶法、銅模噴鑄法、霧化快速凝固法。

1)水淬法：

水淬法是一種歷史較為悠久，且操作比較簡單的快速凝固法。其主要工藝流程為：將母合金放入石英管內，將石英管抽真空并通入高純氬氣進行保護，密封石英管；采用高頻感應加熱裝置加熱石英管以熔化母合金，待母合金全部熔化后，將中間合金投入水中進行水淬急冷，以獲得組織細化的合金。

采用此工藝方法，為了進一步提高冷卻速度，可以用金屬管代替石英管。提高加熱速率，較早把石英管投入水中并攪拌，可以減輕母合金與石英管反應的機率。

2)甩帶法：

甩帶法制備的工藝原理為：將原始合金加入石英管內，抽真空；采用感應線圈對石英管進行高頻感應加熱將原始合金熔化，向石英管內通入高純氬氣，利用高純氬氣的壓力將金屬液從石英管底部開有的小孔內噴出；噴出的金屬液遇到高速旋轉的銅輥即形成帶狀的快速凝固合金。該方法可通過調節銅輥的轉速來改變冷卻速度，缺點是無法制備出塊狀的快速凝固合金。鄭州大學郭金洋采用甩帶法制備出了納米晶Al-5Ti-B合金，并對鋁合金進行變質處理，取得了良好的效果。

3)銅模噴鑄法：

銅模噴鑄法制備快速凝固合金的工藝原理為：將小塊狀原始合金置于底部開有小孔的石英管內，抽真空，通氬氣保護；采用高頻感應加熔化中間合金，待中間合金完全熔化后，利用石英管內上下壓力差，將金屬液噴入正下方的銅模內快速冷卻，從而獲得快速凝固合金。

由于銅模的熱導率高，試樣的尺寸小，所以獲得的合金組織比較細小。該方法在冷卻速率上低于甩帶法，但是該方法可以制備較小尺寸的塊體快速凝固合金。

4)霧化快速凝固法：

霧化法利用高速流體沖擊力、離心力及機械打擊力共同作用，使合金熔體分散成尺寸細小的霧狀熔滴，同時讓熔滴與流體或基底接觸迅速凝固，從而獲得細化的合金組織。該方法具有成本低、生產效率高、適于大規模生產的優點，但是它也有冷卻效果不穩定的缺點。