CN101289721B - 高锰含量的镁-锰中间合金及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高锰含量的镁-锰中间合金及制备方法。合金的成分为含金属锰粉末8％～12％(质量百分比)，余量为镁；在电磁感应炉内采用搅拌铸造法熔炼制成，熔炼及浇注过程中采用氩气保护；熔炼温度700-800℃，浇注温度为室温。本发明提供的镁-锰中间合金可用于制造目前已经广泛使用的各种镁合金，或者高含锰量的新型镁合金。本发明所述镁-锰中间合金可以用于熔炼具有优良耐蚀性以及焊接性的新型镁合金产品。本发明生产工艺简单，不需要特殊的设备，有生产成本低的优点。

Description

高锰含量的镁-锰中间合金及制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属材料的制备方法，特别涉及一种高含锰量的镁-锰中间合金及制备方法。

背景技术

镁合金是实际应用中最轻的结构材料，其密度只有铝的2/3，钢的1/5。其比强度、比刚度均能达到或优于钢和铝合金。镁合金还具有良好的导热性、电磁屏蔽性、抗振动性等特点；镁合金对环境无毒无污染，回收利用的成本低；而且镁在地球上储量极其丰富，约占地壳质量的2.7％，海水中镁的质量含量达到0.13％。因此镁合金被视为未来替代传统金属材料的新材料，而越来越受到世界各国的重视。我国是世界上镁资源最丰富的国家，也是镁以及镁合金最大的生产国和出口国，镁合金的开发研究对我国有着特殊的重要意义。目前常见的镁合金主要为Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Mn系、Mg-Ca系、Mg-Si系、Mg-RE系等。

镁锰系合金属于变形镁合金，有优良的抗蚀性和焊接性，特别是耐海水腐蚀速度大大降低，已广泛地应用于飞机蒙皮、壁板及内部零件、模锻复杂构件、油路***抗蚀管材等。目前按美国ASTM标准生产的M1A牌号变形镁合金含锰1.2％，中国YB标准生产的MB1和MB8牌号变形镁合金含锰分别为1.3～2.5％和1.5～2.5％。由于含锰的镁合金具有良好的冲压、挤压和轧制工艺性能，且应力腐蚀倾向小，变形后有较高的力学性能(抗拉强度250MPa，延伸率18％)和高温性能(250℃下抗拉强度120MPa)，故倍受人们喜爱。

在镁合金的冶炼过程中，常需要加入镁-锰中间合金，用于向合金中添加锰元素，改变镁合金的含锰量。目前工业应用的镁-锰中间合金制备方法是：在加热的石墨坩埚中加少量熔剂，然后装入镁锭和粉状熔剂；将预先捶碎的锰分数批加入熔融并过热到880～950℃的镁中，每次加入都需要搅拌金属熔体，最后在不低于750℃的温度下将合金浇入锭模凝固。该方法的缺点是：(1)工作温度高达900℃，镁极易燃烧甚至***；(2)锰在镁中溶解度低，652℃包晶温度下，锰的溶解度仅为3.4％，且随着温度下降，锰在镁中溶解度急剧减小，难以制备高含锰量的镁锰中间合金。由于，目前市场上迫切地需要开发用于高强变形镁合金以及耐蚀镁合金的高含锰量的镁-锰中间合金，因此，研究镁-锰中间合金制备工艺技术及其对最终合金组织、性能的影响规律日显重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种高含锰量的镁-锰中间合金及制备方法。采用本发明制备的镁-锰中间合金，可以用于普通镁合金的制造，也可用于具有高耐蚀性、高焊接性的新型镁合金的制造。本发明合金的成分调整方法容易，有生产工艺简单，成本低的优点。

本发明的技术方案是：

高含锰量的镁-锰中间合金，其特征在于该镁合金由锰、镁组成，其各组分质量百分含量为

锰：8～12％；其余为镁。

其中，锰以金属粉末的方式加入镁中，金属粉末中锰含量为99％；按照高含锰量的镁-锰中间合金配比要求调整锰粉的加入量。

锰含量为99％的金属锰粉，镁含量为99％的纯镁均采用市售的常规产品。

制备高含锰量的镁-锰中间合金的方法，有以下步骤：

A.取金属锰粉分别通过100目和220目的筛网进行筛选，留取粒径在100～220目的金属锰粉，做下一步采用的金属锰粉。

B.按照权利要求1所述的质量百分比取纯镁和步骤A所得的金属锰粉，混合，放入石墨坩埚内，用氩气做保护气氛，温度为700～800℃，在电磁感应炉内熔化、搅拌。并在有氩气保护的情况下常温浇注于铜模中，得到高含锰量的镁-锰中间合金铸坯。

本发明将锰粉进行筛选，取粒径在100～220目锰粉颗粒，在电磁搅拌下，使锰粉颗粒均匀分散于液态镁中。经快速凝固后，锰粉颗粒来不及沉降偏析便已经固结在金属镁锭中，保证了合金成分的均匀性。

本发明的有益效果是：

1.突破了现有镁-锰中间合金内锰含量不超过3.4％的极限，锰含量达到8％～12％或更高。中间合金的成分调整方法简单，仅需改变投入的金属锰粉质量即可。

2.用本发明中的镁-锰中间合金熔炼普通镁合金时，中间合金的使用量只有从前的1/3-1/4，提高了中间合金的使用效率。为熔炼锰含量超过5％的新型耐腐蚀、焊接性能优良的镁合金，提供了能保证所述性能的中间合金。

3.使用本发明熔炼镁-锰中间合金，工作温度比传统方法低100℃以上，工序更少，时间更短，节省了能源与人工，具有明显的成本优势。

4.本发明还为我国锰矿资源的深度开发利用找到一条新的出路。

采用本发明方法得到的高含锰量的镁-锰中间合金，其锰含量在8～12％(质量百分比)，可用于熔炼普通镁合金以及高耐蚀高焊接性能镁合金的金属材料。本发明方法不需要特殊的设备，进一步的简化了生产工艺，降低了生产成本。

附图说明

图1含锰量10％的镁-锰中间合金金相组织图；

图2含锰量12％的镁-锰中间合金金相组织图。

具体实施方式

本发明中间合金由金属锰粉末、镁组成，其各组分质量百分含量为，锰：8～12％；其余为镁。

制备方法：

1.取金属锰粉先用100目的筛网进行筛选，通过100目筛网的粉末再用220目的筛网筛选。取未通过220目筛网的粉末，作为金属锰粉。

2.按照上述的质量百分比取纯镁，放入石墨坩埚，按照上述的质量百分比取金属镁粉，其中金属镁粉采用制备方法步骤1所得的金属锰粉，撒在镁块上方。将石墨坩埚放入电磁感应炉中加热至700～800℃，并通入氩气保护。镁融化后电磁搅拌2～6分钟，在有氩气保护下浇入常温铜模，凝固后取出铸锭即为高含锰量镁-锰中间合金。

实施例1

取纯镁115克，金属锰粉11克，按照上述方法熔炼制成高含锰量镁-锰中间合金。所得高含锰量的镁-锰中间合金铸锭，金相组织见图1。沿铸锭纵剖面对角线均匀取5点采样，按照GB/T 1506-2002化验，得到平均Mn含量为10.8％(质量百分比)高含锰量的镁-锰中间合金。

实施例2

取纯镁120克，金属锰粉13.7克，按照上述方法熔炼制成高含锰量镁-锰中间合金。所得高含锰量的镁-锰中间合金铸锭，金相组织见图2。沿铸锭纵剖面对角线均匀取5点采样，按照GB/T 1506-2002化验，得到平均Mn含量为12.2％(质量百分比)的高含锰量的镁-锰中间合金。

结论：

按照本发明专利所述方法，可制得Mn含量在8～12％(质量百分比)的高含锰量镁锰中间合金。该方法操作简单，使用的原料和设备均为市场常见产品，具有成本低廉，适合大规模工业化生产的特点。

Claims (2)

1.一种高含锰量的镁-锰中间合金，其特征在于所述中间合金由金属锰粉末、镁组成，其各组分质量百分含量为

锰：10.8～12％；

其余为镁。

2.制备权利要求1所述的高含锰量的镁-锰中间合金的方法，其特征在于有以下步骤：

A.取金属锰粉分别通过100目筛网筛选，通过100目筛网的粉末再用220目的筛网筛选，取未通过220目筛网的金属锰粉，做下一步采用的金属锰粉；

B.按照权利要求1所述的质量百分比取纯镁和步骤A所得的金属锰粉，混合，放入容器内，用氩气做保护气氛，温度为700～800℃，电磁感应炉内熔化、搅拌；氩气做保护气氛条件下常温浇注，即得本发明所述的高含锰量的镁-锰中间合金铸坯。

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