一種成分均勻的Cu-Mg-Y合金的熔煉工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高純的成分均勻的Cu-Mg-Y合金的熔煉工藝，包括：首先將金屬銅和釔放入坩堝中，金屬鎂放入爐體上部的加料倉內(nèi)，對真空中頻感應(yīng)爐抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度達(dá)到10-3Pa。通入高純氬氣作為保護(hù)氣體。熔煉分兩步進(jìn)行，首先熔煉銅釔中間合金，銅釔熔化后，升高溫度至1600-1650℃對銅釔合金進(jìn)行精煉，同時(shí)使銅釔混合均勻，然后降低溫度至450-500℃，從爐頂加料口加入純鎂?？刂茽t溫使鎂緩慢融化，鎂完全熔化后保溫5-10min，最后將合金液澆入預(yù)熱的石墨模具中。本發(fā)明通過通入高純氬氣作為保護(hù)氣體，通過中頻感應(yīng)熔煉爐的電磁攪拌作用和對熔煉合金液的機(jī)械攪拌，使合金液充分均勻混合，并通過控制保護(hù)氣體壓力、中間合金、保溫時(shí)間、澆鑄模具等因素提高合金成分均勻性。
【專利說明】—種成分均勻的Cu-Mg-Y合金的熔煉工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎂合金熔煉工藝，具體涉及一種成分均勻的Cu-Mg-Y合金的熔煉工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度高、減震性好、散熱性佳以及易于回收、抗電磁干擾及屏蔽能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)常規(guī)的鎂合金耐腐蝕性能差、韌性不高，制約了鎂合金的廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在塊體鎂基非晶合金能較好地解決這一矛盾。
[0003]CN101302603A提供了一種鎂鋰基Mg-L1-Al-Cu-Zn系大塊非晶合金及其制備方法。步驟1:在氬氣氣氛的中頻真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，按質(zhì)量比7: 3將Mg和Li混合均勻熔化，冷卻后得到二元合金鑄錠；步驟2:將步驟I得到的二元合金鑄錠機(jī)械粉碎，然后按名義成分(MgLi)xAl6(l_xCu2(lZn2(l，其中30彡x彡35的不同配比稱取原料；步驟3:將中頻感應(yīng)熔煉爐抽真空，然后充入10_2Pa的氬氣，在氬氣保護(hù)下熔煉(MgLi) xAl6(l_xCU2(lZn2(l合金；步驟4:將步驟3得到的熔融態(tài)(MgLi)金澆鑄到銅模型腔內(nèi)，制備成大塊非晶合金。該方法Li元素加入鎂合金中，使合金微觀晶體結(jié)構(gòu)由hep結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閎cc結(jié)構(gòu)，這將有效地提高合金的機(jī)械性能；采用加入Al和Zn元素的合金化方法，有效地提高了 Mg-Li合金的力學(xué)性能；加入Cu元素有利于提高合金的非晶形成能力(GFA)，從而能夠制備出較大尺寸的非晶合金。
[0004]CN101880840A提供了一種鎂鋰基Mg-L1-Cu-N1-Y系塊體非晶合金的制備方法。(I)將高純鎂塊、鋰塊、鎳塊、高純銅錠、高純釔塊按名義成分Mg65LixCu2(l_xNi5Y1Q其中O < X < 5at.%配料，首先用真空感應(yīng)熔煉的方法進(jìn)行Cu-N1-Y三元合金的熔煉；隨后，將Cu-N1-Y合金打磨拋光，粉碎后與鎂塊和鋰塊混合，然后用相同的熔煉方法制備出Mg-L1-Cu-N1-Y五元母合金；(2)將熔煉制備得到的Mg-L1-Cu-N1-Y五元母合金粉碎后，在超快速液淬裝置上進(jìn)行真空快淬，制得高強(qiáng)度鎂鋰基Mg-L1-Cu-N1-Y系塊體非晶合金。該方法避免了鎂鋰大量燒失和雜質(zhì)元素混入，提高了非晶合金純度，所得鎂鋰基非晶合金強(qiáng)度高、密度低、抗腐蝕性能好。
[0005]制備塊體非晶合金需要使用母合金，要求母合金有較高的純度和成分均勻性。但是鎂的活性極高，在熔煉過程中極易氧化燃燒，鎂的熔點(diǎn)低，熔煉過程中揮發(fā)嚴(yán)重，鎂的密度小，在與其他金屬元素合成熔煉過程中難以保證合金成分均勻。
[0006]CN102329971A涉及一種熔煉銅鎂合金的方法，屬于電工合金材料【技術(shù)領(lǐng)域】。它包括以下工藝步驟:步驟一:根據(jù)銅鎂合金配比計(jì)算出每塊標(biāo)準(zhǔn)陰極銅所需的鎂錠重量；步驟二:將計(jì)算所需重量的鎂錠塞入陰極銅底部的吊耳內(nèi)，并壓緊吊耳固定，形成陰極銅與鎂錠結(jié)合件；步驟三:將陰極銅與鎂錠結(jié)合件吊裝起來，投入熔煉爐內(nèi)，利用陰極銅的自身重量使結(jié)合件迅速沉入熔煉爐底部；步驟四:熔煉時(shí)加熱至1050?1200°C，將陰極銅與鎂錠結(jié)合件熔煉成銅鎂合金熔液，每間隔一段時(shí)間加一塊陰極銅與鎂錠結(jié)合件，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。在熔煉爐內(nèi)熔煉銅鎂合金的方法，鎂元素在銅液中的均勻性較好，且鎂元素含量能夠得到保證。
[0007]CN101397623A涉及一種金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】的含銅耐熱稀土鎂合金及其制備方法，該鎂合金包括 C U 以及 Y、Gd、Sm、Nd、La、Ce、Tb、Dy、Ho、E r、T m構(gòu)成的元素中至少一種合金元素，其中C u的原子百分比為a，合金元素原子百分比合計(jì)為b，其余為M g和雜質(zhì)，其中a和b滿足:0.1 SaS 5，且0.5 < b < 5。該鎂合金的制備包括熔煉過程和后續(xù)熱處理過程，該鎂合金既可以作為鑄造鎂合金又可以作為變形鎂合金，而且具有比傳統(tǒng)W E系列商業(yè)鎂合金更加優(yōu)越的室溫、高溫強(qiáng)度等力學(xué)性能。
[0008]CN101717871A涉及一種銅鎂中間合金的制備方法，包括下列步驟:(1)首先按鎂10%?50%、銅50%?90% (重量百分比)稱取原料；(2)在真空熔煉爐中將稱好的鎂先進(jìn)行熔煉，然后升溫至80(TC，并調(diào)整真空度至0.1?0.3 P a，然后加入銅，迅速升溫至1150?1280°C，用石磨棒攪拌均勻，至銅完全熔化，反應(yīng)完全；(3)將反應(yīng)物用水冷銅模直接澆鑄成鑄錠，制得銅鎂中間合金。銅鎂中間合金的制備方法能使鎂的燒損大大減少，合金比例容易控制，且銅氧化程度少，僅鑄件外表面呈黑色，打磨后呈亮銅色，內(nèi)部無明顯缺陷，特別適合于規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。
[0009]但是上述方法制備的鎂合金的均勻性達(dá)不到制備塊體非晶合金的需要。因此，需要一種成分均勻的鎂合金的制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種成分均勻的Cu-Mg-Y合金的熔煉工藝。所述工藝獲得合金成分均勻。
[0011]為了解決上述問題，本發(fā)明通過通入高純氬氣作為保護(hù)氣體，通過中頻感應(yīng)熔煉爐的電磁攪拌作用和對熔煉合金液的機(jī)械攪拌，使合金液充分均勻混合，并通過控制保護(hù)氣體壓力、中間合金、保溫時(shí)間、澆鑄模具等因素提高合金成分均勻性。
[0012]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0013]一種成分均勻的Cu-Mg-Y合金的熔煉工藝，包括:首先將金屬銅和釔放入坩堝中，金屬鎂放入爐體上部的加料倉內(nèi)，對真空中頻感應(yīng)爐抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度達(dá)到10_3Pa。通入高純氬氣作為保護(hù)氣體。熔煉分兩步進(jìn)行，首先熔煉銅釔中間合金，銅釔熔化后，升高溫度至1600-1650°C對銅釔合金進(jìn)行精煉，同時(shí)使銅釔混合均勻，然后降低溫度至450-50(TC，從爐頂加料口加入純鎂?？刂茽t溫使鎂緩慢融化，鎂完全熔化后保溫5-10min，最后將合金液澆入預(yù)熱的石墨模具中。
[0014]所述Cu-Mg-Y 合金的成分為:Mg65%、Cu25%、Y10%
[0015]所述金屬鎂采用99.95%的工業(yè)純鎂。
[0016]所述金屬銅采用99.9%電解銅板。
[0017]所述金屬釔采用99.99 %高純釔。
[0018]本發(fā)明采用中頻感應(yīng)爐熔煉，充分利用電磁攪拌作用和對熔煉合金液的機(jī)械攪拌使合金成分均勻。
[0019]本發(fā)明采用兩步熔煉方法熔煉合金。金屬鎂、銅和釔的熔點(diǎn)分別是650°C、1083°C和1522°C。如果鎂、銅和釔直接混合熔煉，則鎂會首先熔化，隨著溫度升高鎂大量揮發(fā)，未完全熔化的金屬銅和釔會進(jìn)入鎂液中。由于熔體過熱度低和合金化的作用時(shí)間有限，從而鑄錠中易形成金屬釔的不熔塊，嚴(yán)重影響了合金成分的均勻性。本發(fā)明采用兩步熔煉方法，首先熔煉銅釔中間合金，并在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行高溫精煉，使銅與釔充分熔化并且混合均勻。然后降低溫度加入鎂，銅釔還未完全凝固，有利于和鎂的合金化，最后獲得的鎂、銅、釔合金成分的均勻。
[0020]本發(fā)明的保溫時(shí)間為5-10min。保溫時(shí)間過短，混合不均勻；保溫時(shí)間過長鎂的燒蝕率越大。一方面銅釔之間經(jīng)過了一次中間熔煉和高溫精煉，混合較好。在與鎂混合熔煉過程中，保溫時(shí)間越長越利于鎂和銅釔的混合固溶。另一方面鎂的密度較銅釔都輕，在熔體中會漂浮在上層，混合均勻要依靠中頻爐的電磁攪拌作用，所以保溫時(shí)間長有利于混合均勻。同時(shí)，由于鎂的揮發(fā)嚴(yán)重，保溫時(shí)間越長，鎂的燒蝕率越大。
[0021]本發(fā)明的模具為石墨模具。由于鑄件在凝固過程中，鑄件的底部和邊緣首先凝固，此時(shí)熔體經(jīng)過電磁攪拌和機(jī)械攪拌混合均勻，所以在鑄件的底部和邊緣合金成分接近熔體組分，中心部分最后凝固偏析最為嚴(yán)重。在熔體凝固過程中，銅釔因密度大而下沉，所以銅釔在底部含量較上部高。理論上，鎂密度小，上部的含量應(yīng)該較高，但是在凝固過程中，鑄件中間上部熔體最后凝固，鎂不斷揮發(fā)含量反而較低，最后凝固的熔體中其他成分含量也就最大。以上分析可以看出合金的均勻性與澆鑄模具的導(dǎo)熱性能有關(guān)。選用導(dǎo)熱性能高的金屬模具和石墨模具比陶瓷材料模更具有利于合金成分均勻。相對于金屬模具，石墨模具加工簡單，脫模容易。本發(fā)明選用了高強(qiáng)、高純、高密度的石墨模具。
[0022]在鎂合金熔煉過程中，通入保護(hù)氣體能有效防止鎂的燃燒，和真空熔煉相比，能有效抑制銅的揮發(fā)，對鎂揮發(fā)的抑制效果不明顯。
[0023]在熔煉完成后，澆鑄溫度的控制也對成分均勻性有一定的影響。如果澆鑄過熱度高，熔體凝固時(shí)間長，偏析會增強(qiáng)，成分就越不均勻。反之則有利于成分均勻。
[0024]本發(fā)明的方法具有操作簡單，鎂合金燒蝕少，合金成分均勻的優(yōu)點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0025]為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的具體限制。
[0026]實(shí)施例一
[0027]一種高純的成分均勻的Cu-Mg-Y合金的熔煉工藝，包括:
[0028]首先將金屬銅和釔放入坩堝中，金屬鎂放入爐體上部的加料倉內(nèi)，對真空中頻感應(yīng)爐抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度達(dá)到10_3Pa。
[0029]通入高純氬氣作為保護(hù)氣體。
[0030]熔煉分兩步進(jìn)行，首先熔煉銅釔中間合金，銅釔熔化后，升高溫度至1650°C對銅釔合金進(jìn)行精煉，同時(shí)使銅釔混合均勻，然后降低溫度至500°C，從爐頂加料口加入純鎂?？刂茽t溫使鎂緩慢融化，鎂完全熔化后保溫lOmin。
[0031]最后將合金液澆入預(yù)熱的石墨模具中。
[0032]所述Cu-Mg-Y 合金的成分為:Mg65%、Cu25%、Y10%。
[0033]所述金屬鎂采用99.95%的工業(yè)純鎂。
[0034]所述金屬銅采用99.9%電解銅板。
[0035]所述金屬釔采用99.99 %高純釔。
[0036]實(shí)施例二
[0037]實(shí)施例一
[0038]一種高純的成分均勻的Cu-Mg-Y合金的熔煉工藝，包括:
[0039]首先將金屬銅和釔放入坩堝中，金屬鎂放入爐體上部的加料倉內(nèi)，對真空中頻感應(yīng)爐抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度達(dá)到10_3Pa。
[0040]通入高純氬氣作為保護(hù)氣體。
[0041]熔煉分兩步進(jìn)行，首先熔煉銅釔中間合金，銅釔熔化后，升高溫度至1600°C對銅釔合金進(jìn)行精煉，同時(shí)使銅釔混合均勻，然后降低溫度至450°C，從爐頂加料口加入純鎂。控制爐溫使鎂緩慢融化，鎂完全熔化后保溫5min。
[0042]最后將合金液澆入預(yù)熱的石墨模具中。
[0043]所述Cu-Mg-Y 合金的成分為:Mg65%、Cu25%、Y10%。
[0044]所述金屬鎂采用99.95%的工業(yè)純鎂。
[0045]所述金屬銅采用99.9%電解銅板。
[0046]所述金屬釔采用99.99 %高純釔。
[0047] 申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種成分均勻的Cu-Mg-Y合金的熔煉工藝，包括:首先將金屬銅和釔放入坩堝中，金屬鎂放入爐體上部的加料倉內(nèi)，對真空中頻感應(yīng)爐抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度達(dá)到l(T3Pa，通入高純氬氣作為保護(hù)氣體，熔煉分兩步進(jìn)行，首先熔煉銅釔中間合金，銅釔熔化后，升高溫度至1600-1650°C對銅釔合金進(jìn)行精煉，同時(shí)使銅釔混合均勻，然后降低溫度至450-500°C，從爐頂加料口加入純鎂，控制爐溫使鎂緩慢融化，鎂完全熔化后保溫5-10min，最后將合金液澆入預(yù)熱的石墨模具中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，所述Cu-Mg-Y合金的成分為:Mg65%、Cu25%、Y10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，所述金屬鎂采用99.95%的工業(yè)純鎂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，所述金屬銅采用99.9%電解銅板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，所述金屬釔采用99.99%高純釔。
【文檔編號】C22C23/00GK104232958SQ201310234279
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月13日
【發(fā)明者】華兆紅 申請人:無錫市森信精密機(jī)械廠