專利名稱：一種鎂-鍶-稀土中間合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于細化含硅鎂合金晶粒尺寸、初生相Mg2Si和/或共晶相Mg2Si 的鎂-鍶-稀土中間合金及其制備方法，屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為目前實際應用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，鎂合金具有許多優(yōu)良性能，如密度小、 比強度和比剛度高以及良好的電磁屏蔽與減震性能，被人們譽為“21世紀最具發(fā)展?jié)摿颓巴镜木G色工程材料”，面對全球性的能源危機和環(huán)境污染問題，鎂合金在許多工業(yè)領(lǐng)域中呈現(xiàn)良好的發(fā)展前景。據(jù)預測，在汽車工業(yè)領(lǐng)域，鎂的應用量將平均每年增長15%。含硅鎂合金是一種目前商業(yè)應用廣泛的耐熱鎂合金，這是由于形成的Mg2Si強化相具有高溶點(1085°C)、與基相近的低密度(1.99g/cm_3)、高彈性模量及低熱膨脹系數(shù)等特點。然而，含Mg2Si的合金只能用于冷卻速度較快的壓鑄，而不能用砂鑄或金屬型鑄造。原因是在較慢的冷卻速度下Mg2Si強化相會形成粗大的漢字狀形貌，從而惡化合金的能.如何細化合金的組織，尤其是細化Mg2Si相的尺寸與形貌，成為解決問題的關(guān)鍵。根據(jù)Al-Si 合金的變質(zhì)經(jīng)驗，通過加入變質(zhì)劑可以達到細化組織的目的。然而目前對于含Si鎂合金的有效的低成本變質(zhì)劑較少。專利給出7 200610042395. 7和200610066926. X給出了含磷的硅基中間合金，可以細化Mg2Si相，但是其制備工藝復雜，且降低鎂合金耐蝕性；專利 200710193501. 6制備了含鍶與銻的中間合金，具有細化合金組織的效果，不過其中間合金中含有的銻屬于重金屬，具有一定的毒性且成本較高。因此，目前需要開發(fā)一種含硅鎂合金的有效的低成本變質(zhì)劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低成本的、可以有效的細化含硅鎂合金中Mg2Si相的鎂-鍶-稀土中間合金及其制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種鎂-鍶-稀土中間合金，其組分及重量百分比為鎂60. 0-90. 0，鍶5. 0-20. 0， 稀土 5. 0-20. 0，所述稀土為富鈰混合稀土、富鑭混合稀土、鈰、釔、鑭、鐠、釤、銪、鋱、鈥、鉺、 銩、鏑、釓中的一種或者幾種。一種鎂-鍶-稀土中間合金的制備方法，包括如下步驟(1)先將純鎂在150-200°C預熱20-30分鐘，并烘干；(2)將純鎂在氣體保護下熔化，熔化后待熔體溫度為700-720°C時，向熔體中加入鍶與稀土，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至730-750°C，在730-750°C保溫20-30分鐘后降溫至700-730°C ；(3)在氣體保護下進行澆注成錠或者擠壓成棒材或者線材。 進一步地，所述氣體為(X)2與SF6混合氣體，SF6體積分數(shù)為0.5%。
進一步地，鍶的加入方式為以鎂鍶中間合金形式或者純鍶形式加入。
進一步地，稀土的加入方式為以鎂稀土中間合金形式或者純稀土形式加入。所述稀土為富鈰混合稀土、富鑭混合稀土、鈰、釔、鑭、鐠、釤、銪、鋱、鈥、鉺、銩、鏑、釓中的一種或者幾種，本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下本發(fā)明提供一種制備工藝簡單、可靠、無污染，使用方便，無有毒元素且低成本、易于推廣使用的可以應用于含硅鎂合金中Mg2Si相細化與變質(zhì)的鎂-鍶-稀土中間合金及其制備方法。(1)該發(fā)明所制備的中間合金在使用過程中鍶與稀土復合變質(zhì)，細化變質(zhì)效果優(yōu)
異；(2)該發(fā)明所制備的中間合金含有的稀土元素，具有阻燃效果，可以明顯提高合金熔體的燃點與抗氧化性。(3)該發(fā)明所制備的中間合金使用量少，在鍶與稀土共同加入量大于0. 的情況下，就可使初生Mg2Si相由未變質(zhì)前的55 μ m細化為變質(zhì)后13 μ m,同時使合金共晶組織中Mg2Si相由粗大的漢字狀變?yōu)樾K狀或者點狀。(4)該發(fā)明所制備的中間合金同時具有明顯的晶粒細化作用。(5)該發(fā)明所制備的中間合金變質(zhì)效果穩(wěn)定，具有長效性。


圖1 (a)是AS31合金經(jīng)本專利變質(zhì)劑變質(zhì)前鑄態(tài)宏觀晶粒；圖1 (b)是AS31合金經(jīng)本專利變質(zhì)劑變質(zhì)后鑄態(tài)宏觀晶粒；圖2 (a)是AS31合金經(jīng)本專利變質(zhì)劑變質(zhì)前鑄態(tài)組織中共晶Mg2Si形貌；圖2 (b)是AS31合金經(jīng)本專利變質(zhì)劑變質(zhì)后鑄態(tài)組織中共晶Mg2Si形貌；圖3 (a)是Mg_4Si合金經(jīng)本專利變質(zhì)劑變質(zhì)前鑄態(tài)組織中Mg2Si形貌；圖3 (b)是Mg_4Si合金經(jīng)本專利變質(zhì)劑變質(zhì)后鑄態(tài)組織中Mg2Si形貌。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。附圖中使用的變質(zhì)劑為實例2所制備，進行測量，結(jié)果如下圖1 (a)為添加(重量百分比)本發(fā)明專利所述變質(zhì)劑Mg-IOSr-IORE (富鈰混合稀土)前的AS31合金宏觀組織，圖1 (b)為添加1 % (重量百分比)本發(fā)明專利所述變質(zhì)劑Mg-IOSr-IORE (富鈰混合稀土)后的AS31合金宏觀組織，變質(zhì)劑具有顯著的晶粒細化作用，平均晶粒尺寸由1116 μ m細化為201 ym;圖2(a)為添加(重量百分比)本發(fā)明專利所述變質(zhì)劑Mg-10Sr_10RE(富鈰混合稀土)前的AS31合金合金中共晶Mg2Si相形貌，圖2 (b)為添加1 % (重量百分比)本發(fā)明專利所述變質(zhì)劑Mg-10Sr-10RE(富鈰混合稀土)后的AS31合金合金中共晶M&Si相形貌，變質(zhì)劑對Mg2Si相具有明顯的變質(zhì)與細化作用，合金共晶組織中Mg2Si相形貌發(fā)生顯著改變，由變之前的發(fā)達漢字狀變?yōu)樾K狀或者點狀；圖3(a)為Mg_4Si過共晶合金經(jīng)0.8% (重量百分比)本發(fā)明專利所述變質(zhì)劑 Mg-IOSr-IORE (富鈰混合稀土)前初生相與共晶相Mg2Si形貌，圖3 (b)為Mg_4Si過共晶合金經(jīng)0. 8% (重量百分比)本發(fā)明專利所述變質(zhì)劑Mg-IOSr-IORE(富鈰混合稀土 )后初生相與共晶相M&Si形貌，變質(zhì)處理使初生Mg2Si相由未變質(zhì)前的55 μ m細化為變質(zhì)后13 μ m, 同時使合金共晶組織中Mg2Si相由粗大的漢字狀變?yōu)樾K狀或者點狀。實施例1 (1)首先按重量百分比稱取原材料為純鎂70 %，純鍶20 %，富鈰混合稀土 10 % ；(2)將純鎂在150_200°C預熱20-30分鐘，并烘干；然后，將純鎂在CO2與SF6混合氣體(SF6體積分數(shù)為0. 5% )保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向熔體中加入純鍶和富鈰混合稀土，所述純鍶的加入方法是將工業(yè)純鍶從防氧化環(huán)境中取出，干燥并經(jīng)鋁箔包裹后，用鐘罩迅速壓入熔體液面以下5分鐘。然后，攪拌至合金元素完全溶入熔體；(3)將熔體升溫至750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣后澆鑄成錠，制得 Mg-20Sr-10RE 中間合金。實施例2 (1)首先按重量百分比稱取原材料為純鎂40%，鎂鍶中間合金(鍶的重量百分比為20 % ) 50 %，富鈰混合稀土 10 % ；(2)將純鎂在150_200°C預熱20_30分鐘，并烘干；然后，將純鎂在(X)2與SF6混合氣體(SF6體積分數(shù)為0. 5% )保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向熔體中加入鎂鍶中間合金和富鈰混合稀土，然后，攪拌至合金元素完全溶入熔體；(3)將熔體升溫至750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣后澆鑄成錠，然后擠壓成線材，制得Mg-IOSr-IORE中間合金。實施例3 (1)首先按重量百分比稱取原材料為純鎂20%，鎂鍶中間合金(鍶的重量百分比為20% ) 40%，鎂鈰中間合金(鈰的重量百分比為25% ) 20%;鎂釹中間合金(釹的重量百分比為25% )20%o(2)將純鎂在150-200°C預熱20_30分鐘，并烘干；然后，將純鎂在(X)2與SF6混合氣體(SF6體積分數(shù)為0. 5% )保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向熔體中加入鎂鍶中間合金和鎂鈰中間合金，然后，攪拌至合金元素完全溶入熔體；(3)將熔體升溫至750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣后澆鑄成錠，制得 Mg-8Sr-5Ce-5Nd 中間合金。實施例4 (1)首先按重量百分比稱取原材料為純鎂60%，純鍶10%，富鑭混合稀土 10%， 鎂鈰中間合金(鈰的重量百分比為25% )20% ；(2)將純鎂在150_200°C預熱20_30分鐘，并烘干；然后，將純鎂在(X)2與SF6混合氣體(SF6體積分數(shù)為0. 5% )保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向熔體中加入純鍶和富鑭混合稀土，攪拌至合金元素完全溶入熔體，所述純鍶與富鑭混合稀土的加入方法是將工業(yè)純鍶從防氧化環(huán)境中取出，干燥并經(jīng)鋁箔包裹后，用鐘罩迅速壓入熔體液面以下5分鐘。然后，攪拌至合金元素完全溶入熔體；(3)將熔體升溫至750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣后澆鑄成錠，然后擠壓成棒材，制得Mg-10Sr-10RE-5Ce中間合金。
實施例5 (1)首先按重量百分比稱取原材料為純鎂50%，純鍶10%，鎂釔中間合金(釔的重量百分比為25% ) 20%，鎂釓中間合金(釓的重量百分比為25% ) 20% ；(2)將純鎂在150-200°C預熱20-30分鐘，并烘干；然后，將純鎂在CO2與SF6混合氣體(SF6體積分數(shù)為0. 5% )保護下放入電阻爐中熔化，熔化后待熔體溫度為700°C時，向熔體中加入純鍶和富鑭混合稀土，攪拌至合金元素完全溶入熔體，所述純鍶與富鑭混合稀土的加入方法是將工業(yè)純鍶從防氧化環(huán)境中取出，干燥并經(jīng)鋁箔包裹后，用鐘罩迅速壓入熔體液面以下5分鐘。然后，攪拌至合金元素完全溶入熔體；(3)將熔體升溫至750°C保溫30分鐘后降溫至730°C，撇去浮渣后澆鑄成錠，然后擠壓成棒材，制得Mg-10Sr-5Y-5Gd中間合金。
權(quán)利要求
1.一種鎂-鍶-稀土中間合金，其特征在于，其組分及重量百分比為鎂60. 0-90.0，鍶 5. 0-20. 0，稀土 5. 0-20. 0，所述稀土為富鈰混合稀土、富鑭混合稀土、鈰、釔、鑭、鐠、釤、銪、 鋱、鈥、鉺、銩、鏑、釓中的一種或者幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂-鍶-稀土中間合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)先將純鎂在150-20(TC預熱20-30分鐘，并烘干；(2)將純鎂在氣體保護下熔化，熔化后待熔體溫度為700-720°C時，向熔體中加入鍶與稀土，然后攪拌至合金元素完全溶入熔體，將熔體升溫至730-750°C，在730-750°C保溫 20-30分鐘后降溫至700-730°C ；(3)在氣體保護下進行澆注成錠或者擠壓成棒材或者線材。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鎂-鍶-稀土中間合金的制備方法，其特征在于，所述氣體為(X)2與SF6混合氣體，SF6體積分數(shù)為0. 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鎂-鍶-稀土中間合金的制備方法，其特征在于，鍶的加入方式為以鎂鍶中間合金形式或者純鍶形式加入。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鎂-鍶-稀土中間合金的制備方法，其特征在于，稀土的加入方式為以鎂稀土中間合金形式或者純稀土形式加入。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂-鍶-稀土中間合金及其制備方法，屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。本發(fā)明中間合金的組分及重量百分比為鎂60.0-90.0，鍶5.0-20.0，稀土5.0-20.0，所述稀土為富鈰混合稀土、富鑭混合稀土、鈰、釔、鑭、鐠、釤、銪、鋱、鈥、鉺、銩、鏑、釓中的一種或者幾種。本發(fā)明的制備工藝為在氣體保護下，將純鎂錠熔化后，按一定比例將鍶(或者鎂鍶中間合金)與稀土(或者鎂稀土中間合金)加入熔體，經(jīng)過攪拌保溫熔體成分均勻后澆注成合金錠或者擠壓成線材或者棒材。該中間合金具有細化與變質(zhì)效果優(yōu)異，有效期長，制備工藝簡單、可靠以及成本較低等優(yōu)點。
文檔編號C22C1/03GK102181762SQ201110096809
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者周吉學, 唐守秋, 李衛(wèi)紅, 田長文 申請人:山東省科學院新材料研究所