[發明專利]一種用于Mg-Al系合金的鋁包覆納米Al4

有效

• 申請號: 202110186169.0
• 申請日: 2021-02-16
• 公開（公告）號: CN112921225B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 張愛民;馬秉馨;徐文博;龐笑笑;陳曉宇
• 申請（專利權）人: 河南工學院
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C1/10;C22C32/00
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種用于Mg?Al系合金的鋁包覆納米Al₄C₃顆粒狀晶粒細化劑的制備方法，首先將Al粉、C粉與Mg粉混合裝入球磨罐中，放入大、中、小三種不同規格的氧化鋯磨球，先采用低轉速球磨，然后進行高速間歇性球磨，球磨一定時間后，Al粉與C粉將在球磨過程中發生機械合金化，生成納米尺寸的Al₄C₃粒子。將球磨罐靜置一段時間后，打開再裝入一定量Al粉，抽真空封閉后再進行包覆成型球磨，最終形成鋁包覆納米Al₄C₃粒子的大顆粒狀細化劑。本發明操作工藝簡單，生產成本低，制備的細化劑對Mg?Al系合金的晶粒細化效果好，使其強度和韌性均能得到顯著提高，并且細化效率對Mg?Al合金的成分沒有依賴性。

技術領域

本發明屬于鎂合金鑄造技術領域，涉及到一種用于Mg-Al系合金的鋁包覆納米Al₄C₃顆粒狀晶粒細化劑及其制備方法。

背景技術

Mg-Al系鎂合金是最常用的鎂合金之一，具有高的比強度、比剛度，優良的鑄造性能和機械加工性能等優點。但Mg-Al系合金液固溫度區間間隔一般較大，凝固過程中易產生縮松、氣孔、裂紋等鑄造缺陷。另外，粗大的晶粒也直接導致該類合金的抗拉強度與變形能力均較低，限制了其更廣泛的應用。

晶粒細化技術能有效地改善鑄造缺陷，同時提高合金的強度和韌性。目前，Mg-Al系鑄態合金的晶粒細化方法主要是向熔體中添加含碳(C)物質（C質細化劑），C與Mg-Al熔體發生反應生成具有形核能力的Al₄C₃。但由于對Al₄C₃的異質形核機理的認識還不夠深入，導致對C質細化劑的制備與使用上還存在諸多問題。一是該類細化劑的制備問題：直接以C粉或Al₄C₃陶瓷微粒形式向Mg-Al中引入C存在與鎂合金熔體潤濕性差、反應很難發生等問題；而向Mg-Al熔體中通入C₂Cl₆，則會產生有害氣體，嚴重污染環境；制備一種含C的中間合金是較好的解決方案，采用粉末冶金的方法制備的Al-C中間合金，雖然能在一定程度上解決Al/C的潤濕性，促進反應發生，但其生成物Al₄C₃的尺寸較大，而且當C含量較多時，C質細化劑在鎂合金熔體中不易熔解，且制備工藝相對復雜。第二個問題是，以粉末冶金工藝獲得的Al-C中間合金細化劑的細化效果波動較大，對低鋁含量的Mg-3Al和高鋁含量的Mg-9Al合金細化效果不同，即細化效率對Mg-Al系合金的成分具有明顯的依賴性。

因此，如何通過原位反應制備含有細小Al₄C₃粒子的C質細化劑是研究開發C質細化劑的關鍵。經對現有技術的文獻檢索發現，N.Q. Wu等人在《Journal of Alloys andCompounds》上，撰文“Amorphization in the Al-C system by mechanical alloying”指出一定條件下的高能球磨能夠使Al和C發生機械合金化，生成納米尺寸的Al₄C₃粒子，因此有必要進一步研究采用高能球磨法制備新型含C細化劑的原理與工藝，特別是針對Al/C粉末比、球磨速率、球磨時間等關鍵工藝參數對Al-C反應進程、生成物大小與分布的影響規律的研究。

發明內容

本發明提供一種簡便、有效的一種用于Mg-Al系合金的鋁包覆納米Al₄C₃顆粒狀晶粒細化劑及其制備方法。解決了普通C質細化劑制備工藝復雜、細化響應時間長、細化效率低，以及Al₄C₃尺寸較大且在熔體中不易分散等問題，同時該細化劑細化效果顯著，改善了C質細化劑的細化效率對Mg-Al系合金成分的依賴性。

本發明的技術方案是：