CN103540778A - 一种镁合金熔体的化学转化膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种镁合金熔体的化学转化膜形成方法：（1）预先合金（Mg-Al-Zn-Ce/Sc）与原料镁锭同时加入；（2）预先合金（Mg-Al-Zn-Nd/Y-Y/Ce）高温阶段加入；（3）在低温熔化过程中(650-760℃)，炉中混合气氛与合金液体表面形成低温转化膜；（4）在高温均匀化及变质过程(760-840℃)形成含稀土高温转化膜，以此有效抑制合金中Mg、Zn等高蒸汽压金属元素的挥发。经本发明镁合金的化学转化膜形成方法有效的保障了所设计成分的精准度，使制得的镁合金具有高强度（＞350MPa）、高韧性（延伸率＞20%）、低密度，及优良的抗蚀性、阻燃性等的优良综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属材料类及冶金领域，特别涉及一种熔体镁合金的化学转化膜形成方法。
背景技术
镁合金在航空航天、军工、电子、机械、汽车及其它行业中有着广泛的应用前景，主要是由于其具备密度低、抗冲击性能、电磁屏蔽性能优良、比强度比刚度高、机加工性能好等特点。我国大力开发镁合金产业，不但具有强大的资源优势，还有着巨大的市场需求。
然而，近年来镁合金替代铝合金等材料，在各行业中的应用发展比较缓慢，主要原因是目前镁合金还存在着以下明显不足：
(1)强度低：目前商用镁合金抗拉强度均＜280MPa，尤其是高温力学性能较差，当温度升高时，其强度和抗蠕变性能大幅度下降，限制了其在结构、承重等领域的应用；
(2)塑性差：目前商用镁合金延伸率普遍＜10%，限制了其加工成型性能。若要提高强度，则延伸率将大大下降，如强度最高的ZK61镁合金，其强度虽然可达275-305MPa，但其延伸率仅为4-7%；
(3)化学活性高、易于氧化燃烧，难以热加工成型；
(4)抗腐蚀性差：基体在空气中易氧化，在潮湿气氛中极易腐蚀。（5）热强性差：通过固溶-时效处理的镁合金，由于时效析出相的集聚长大，使其不可能长期使用在高于120℃的环境中。
（5）由于镁的蒸汽压高熔炼时极易挥发，不但会对环境造成污染，而且增加了生产的危险性。目前普遍采用的是用F6S+N2(Ar)进行保护，此方法虽然可取得较好的效果，但F6S高温分解后会产生有毒的分解产物F2S，此分解产物不但会对生产环境造成严重污染，更重要的对是生产人员的健康产生损害，国外已明令禁止使用F6S作为保护气介质。
因此，研制利于环境保护的镁合金熔炼技术，并研制开发具有优良综合性能（轻质、高强、高韧、耐热、耐蚀）的新型镁合金技术，无疑具有非常重要的工程价值。
发明内容
本发明为镁合金熔体的化学转化保护膜技术。此技术可有效抑制镁合金熔炼时合金元素的挥发，减轻现有技术熔炼时对环境的污染，降低了生产时的危险性，同时保障了本发明镁合金设计成份的精准度，使制得的镁合金与现有技术中的镁合金相比，具有高强度（＞350MPa）、高韧性（延伸率＞20%）、低密度，及优良的抗蚀性、阻燃性等的优良综合性能。
本发明采取的技术方案是：
（1）预先合金（Mg-Al-Zn-Ce/Sc）与原料镁锭同时加入；
（2）预先合金（Mg-Al-Zn-Nd/Y-Y/Ce）高温阶段加入；
（3）在低温熔化过程中(650-760℃)，炉中CO2/Ar混合气氛与合金液体表面形成低温转化膜；
（4）在高温均匀化及变质过程(760-840℃)形成含稀土高温转化膜，以此有效抑制合金中Mg、Zn等高蒸汽压金属元素的挥发。
有益效果：由本发明熔体镁合金的化学转化膜形成技术有效地抑制了镁合金熔炼时合金元素的挥发，减轻了现有技术熔炼时对环境的污染，降低了生产时的危险性，同时保障了本发明镁合金设计成份的精准度，使制得的镁合金与现有技术中的镁合金相比，具有高强度（＞350MPa）、高韧性（延伸率＞20%）、低密度，及优良的抗蚀性、阻燃性等的优良综合性能。
具体实施方式
本发明主要核心技术：镁合金熔体的化学转化保护膜熔炼技术
1.Mg-Al-Zn–复合RE合金的熔炼中镁合金熔体化学转化保护膜熔炼技术
将纯镁、铝、锌、中间合金Mg-Al-RE先预热至100-180℃，然后将纯镁、铝锭、锌锭置于CO2和Ar混合气体保护的熔炉中熔化；熔化后在650-760℃保温25-45分钟，再升温至760-840℃加入Mg-Al-RE中间合金，待中间合金熔化后将镁液升温至840-860℃保温30-50分钟；再降温至650-700℃，静置10-20分钟后进行浇铸，浇铸用钢制模具预先加热至150-300℃，制得本发明Mg-Al-Zn-复合RE的高性能镁合金。
本技术的熔炼过程的合金化采用的是预先合金技术，合金液体保护采用化学转化膜抑制挥发技术。即，在低温熔化过程中(650-760℃)炉中混合气氛CO2/Ar与合金液体表面形成低温转化膜，在高温均匀化及变质过程(760-840℃)形成含稀土高温转化膜，以此有效抑制合金中Mg、Zn等高蒸汽压金属元素的挥发。
本发明所具有的实质性特点为：
(1)采用预先合金化方法熔炼中间合金，预先合金（Mg-Al-Zn-Ce/Sc）与原料镁锭同时加入，预先合金（Mg-Al-Zn-Nd/Y-Y/Ce）高温阶段加入。
(2)采用CO2和Ar混合气体1∶20体积比例进行气体熔炼保护，根据液体熔融的不同温度阶段，形成低、中、高温化学转化薄膜保护技术，减少了熔融液体的挥发及夹渣，保障了铸锭的纯净及质量。
具体实施例：
实施例1
熔炼1kg镁合金，取用纯镁锭（纯度99.95%）960g，锌锭（纯度99.99%）18g，中间合金(Al-20Ti）10g，（Mg-50Nd）3.6g，（Mg-50Y）7.2g，（Mg-50Ce）1.2g。
按上述成分配制合金，其熔铸工艺为：将纯镁锭、锌锭、中间合金Mg-RE和Al-Ti先预热至120-140℃，然后将纯镁、锌锭置于CO2和Ar混合气体保护的熔炉中熔化；熔化后在720-760℃保温25-35分钟，升温至760-800℃加入Mg-RE、Al-Ti中间合金，待Mg-RE、Al-Ti中间合金熔化后将镁液升温至770-785℃保温30分钟后降温至650-720℃，静置10-20分钟后进行浇铸，浇铸用钢制模具预先加热至150-200℃，得到本发明Mg-Al-Zn-Ti-RE高强度、大塑性镁合金。
本实施例所得合金，经过热处理后室温抗拉强度为295MPa，延伸率为23.5%。
实施例2
熔炼1kg镁合金，取用纯镁锭（纯度99.99%）884g，铝锭（纯度99.7%）5g，锌锭（纯度99.99%）20g，中间合金(Al-20Ti）75g，（Mg-50Nd）6.4g，（Mg-50Y）6.4g，（Mg-50Ce）3.2g。
按上述成分配制合金，其熔铸工艺为：将纯镁锭、锌锭、中间合金Mg-RE和Al-Ti先预热至120-140℃，然后将纯镁锭、铝锭、锌锭置于CO2和Ar混合气体保护的熔炉中熔化；熔化后在740-760℃保温25-35分钟，升温至780-800℃加入Mg-RE、Al-Ti中间合金，待Mg-RE、Al-Ti中间合金熔化后将镁液升温至770-785℃保温30分钟后降温至720-750℃，静置10-20分钟后进行浇铸，浇铸用钢制模具预先加热至200-300℃，得到本发明Mg-Al-Zn-Ti-RE高强度、大塑性镁合金。
本实施例所得合金，经过热处理后室温抗拉强度为360MPa，延伸率为19%。
Claims (1)
1.一种镁合金熔体的化学转化膜形成方法，其特征在于：
（1）预先合金（Mg-Al-Zn-Ce/Sc）与原料镁锭同时加入；
（2）预先合金（Mg-Al-Zn-Nd/Y-Y/Ce）高温阶段(760-840℃)加入；
（3）在低温熔化过程中(650-760℃)，炉中CO2/Ar气体以1:20的体积比混合与合金液体表面形成低温转化膜；
（4）在高温均匀化及变质过程(760-840℃)形成含稀土高温转化膜，以此有效抑制合金中Mg、Zn高蒸汽压金属元素的挥发。
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