CN109477163A - 用于制造轻金属合金的粉末冶金制造的含锰预制材料及其制造方法和用途 - Google Patents

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Abstract

粉末冶金制造的含锰预制材料用于制造轻金属合金且最好是呈金属丝状的无铝的镁合金，其具有如下组成：Mn100‑x‑y‑zAxByCz，其中，A是铈(Ce)、镧(La)和/或Ce混合金属，B是钪(Sc)，C是锆(Zr)，并且x、y、z的组成范围是0<x<37重量％，0<y<4重量％和0<z<9重量％。

Description

用于制造轻金属合金的粉末冶金制造的含锰预制材料及其制 造方法和用途
技术领域
本发明涉及用于制造轻金属合金且最好是镁合金的粉末冶金制造的含锰预制材料及其制造方法以及其用途。
背景技术
合金制造一般通过主要成分(纯金属)与其它成分(添加料)的合金化来进行。这主要通过将呈锭块或条块状的合金添加料加入液态的纯金属熔体来进行。
这样的锭块或条块由于紧凑的尺寸而有以下缺点，即如果其具有较高熔点，则仅可不完全熔化。由此可能在熔池中出现较大的碎片或团块，而没有与其它的合金成分混合。合金金属的这种被称为“夹杂物或单元素区(monoelementare Bereiche)”的碎片随后可能在合金材料进一步处理中导致析出。
一种处理熔体的可行方式是：借助填芯金属丝的金属丝喷射，其具有由金属构成的外皮和填料，其中，填料具有一种或多种粉末状金属或微粒状金属且以无***的金属丝形式构成。
用于熔体冶金处理的填芯金属丝是早就已知的。所述处理的特点是，不同于其它已知的方法，加至熔体的合金添加料的添加量可被准确控制。填芯金属丝的皮壳用于输送粉末状或微粒状的合金添加料经过金属丝喷射装置或者供给熔体。
金属丝喷射装置例如由DE 37 12 619 A1公开了。用于借助金属丝喷射的熔体处理的填芯金属丝例如由DE 199 16 235 A1、DE 19916234 A1、DE 100 65 914 A1、DE 102006 048 023 B3、DE 100 65 914 A1和EP 0234623 B1公开了。
由DE 10 2009 054 072 A1公开了一种用于制造滑动轴承材料的方法，其中，用于合金制造范围内的熔融的半成品采用了带有填充入的块状合金成分例如碎屑的填充体。
填芯金属丝的缺点在于，填料通常以颗粒状或粉末状存在，因此，填芯金属丝一般不能100％地被填充填料。在此情况下，在填芯金属丝内留有孔隙空间，其充斥空气或者说填料渗透有空气。随着时间的推移，填料的有效性因空气中的氧气含量与填料反应而降低。可能出现在位于空气体积内的氧气与填料之间的氧化反应。
在正常条件下不与夹杂空气反应或与之很缓慢反应的填料的情况下，当填芯金属丝被加入熔融金属中时，熔融金属的高温使填料与夹杂空气之间反应，由此，填料的有效性可能损失掉并且加入熔液时的效率可明显降低。
发明内容
本发明的任务是提供一种无需***也可行的、以粉末冶金方式制造的含锰预制材料及其制造方法。
一方面，该任务的完成通过一种如权利要求1所述的预制材料以及通过如权利要求5或6所述的其制造方法来实现。本发明的优选改进方案在其它权利要求中有描述。据此，用于制造轻金属合金最好是无铝的镁合金的粉末冶金制造的含锰预制材料具有以下组成，其以公式Mn100-x-y-zAxByCz表述，其中，A是元素铈(Ce)、元素镧(La)或Ce混合金属中的至少一种，B是钪(Sc)，C是锆(Zr)，并且x、y、z的组成范围是0≤x≤37重量％，0≤y≤4重量％和0≤z≤9重量％。
该预制材料能以不带包壳或皮壳的金属丝或多根相互扭绞的金属丝的形式构成。以用于制造轻金属合金最好是镁合金的预制材料的形式制造金属丝可以通过两种方式进行。
其一，在第一步骤中，该预制材料的金属成分单独地或组合地通过气体雾化被转化为粉末状。在第二步骤中，粉末化的成分根据所期望的预制材料组成被混合，并且在第三步骤中被填充入压制筒内并且通过热等静压压制而成型为料销。在热等静压压制时，压制筒被装入可加热的压力锅炉中，在这里，粉末于是在“高达2000℃且最好低于该成分的包含最高熔点的固相线温度”的温度并且在100至200MPa压力在保护气体中被压实。所述气压因此从四面八方作用于该料销，使得料销获得各向同性性能。
通过在所有侧面作用的气压和高温，扩散受控的蠕变过程起效，此蠕变过程导致料销材料的压实。
在第四步骤中，如此获得的料销借助带有穿孔阴模的挤压机被变形为金属丝，随后金属丝被卷起来。穿孔阴模可具有一个或多个穿孔，从而能够通过挤压同时制造多根金属丝。
其次，可由预制材料的成分制造下述熔体，其随后借助雾状喷射过程被成型为喷射致密化的料销。喷射致密化的料销同样具有各向同性性能并且借助带有穿孔阴模的挤压机被变形为至少一根金属丝。
被成型为金属丝的预制材料可被用于尤其借助金属丝喷射的熔体处理以制造轻金属合金。该合金可不仅包含镁合金，也可包含铝合金。
呈金属丝状成型的预制材料可具有1至25毫米的直径。因为用于金属丝喷射的金属丝在较大直径情况下总是更坚硬，故其优选以呈绳状的扭绞金属丝形式来构成。由此该金属丝保持其柔韧性。
对于将呈金属丝状的预制材料用于熔体金属丝喷射以便制造轻金属合金来说，重要的只是该预制材料具有规定的组成。
结合一个优选实施例能够详述本发明。
应该制造具有如下成分的镁合金，即具有96.75重量％的Mg、1.9重量％的Mn、0.6重量％的Ce、0.3重量％的La、0.15重量％的Sc和0.3重量％的Zr。合金成分锰、铈、镧、钪和锆单独借助气体雾化在保护气体下以粉末形式来制造。接着，这些粉末根据一个优选实施方式被混合。混合粉末包含60重量％的Mn、18重量％的Ce、9重量％的La、4重量％的Sc和9重量％的Zr。如此获得的混合粉末被填充在压制筒内并借助热等静压压制被成型为料销。热等静压压制最好在150MPa压力和约1000℃温度进行。此时出现了颗粒的几乎完全压实和孔隙空间的弥合。因为其中一些成分具有低于1000℃温度的熔点，故出现固相烧结和液相烧结的组合。
如此获得的料销随后借助挤压机变形为金属丝，金属丝在离开挤压机穿孔阴模后被卷起来。金属丝优选作为用于镁熔体合金化的预制材料具有2毫米直径。作为主要成分(纯金属)采用不含杂质的纯镁(HP品级)，其在冶金炉内被熔融。镁熔体的合金化借助金属丝喷射方法进行。现以呈金属丝状的预制材料形式存在的合金成分从卷上被抽出并借助金属丝进给装置被送入熔体中。
通过将3.33％的呈金属丝状的预制材料加入镁熔体中，获得镁合金的上述组成。预制材料的添加量可通过金属丝进给装置被准确控制，因此可再现地被加入熔体中。
所加入的金属丝在镁熔体中马上熔融，由此将构成金属丝的合金添加料加入该熔体中。
相比于合金成分以锭块或条块形式被加入熔体的迄今采用的合金化方法,在这里展现了极其经济的优点。
实现了合金添加料的完全熔化，由此可靠避免了合金成分的聚团。
预制材料的粉末冶金制造还有如下优点：无法或只能困难地通过熔融冶金方式被加工成母合金的合金成分还是能被制造成呈实心金属丝形式的预制材料，而无需包壳或皮壳。

Claims (10)

1.一种粉末冶金制造的含锰预制材料，其用于制造轻金属合金且最好是无铝镁合金，具有以下组成：Mn100-x-y-zAxByCz，其中，A是铈(Ce)和/或镧(La)或者铈混合金属，B是钪(Sc)，C是锆(Zr)，并且x、y、z的组成范围为0≤x≤37重量％，0≤y≤4重量％和0≤z≤9重量％。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金制造的含锰预制材料，包含约60重量％的锰、约18重量％的铈、约9重量％的镧、4重量％的钪和9重量％的锆。
3.根据权利要求1和2所述的粉末冶金制造的含锰预制材料，其特征在于，该预制材料被构成为金属丝。
4.根据权利要求1或2所述的粉末冶金制造的含锰预制材料，其特征在于，该预制材料由许多相互扭绞的金属丝构成。
5.一种用于制造根据权利要求1所述的粉末冶金制造的含锰预制材料以制造轻金属合金且最好是镁合金的方法，其特征在于，
-在第一步骤中，该预制材料的金属成分单独地或组合地通过气体雾化被转为粉末状，
-在第二步骤中，根据所述组成来混合粉末化成分，
-在第三步骤中，该粉末混合物被填充入压制筒中并通过热等静压压制被成型为料销，
-在第四步骤中，该料销借助挤压机被变形为至少一根金属丝且随后被卷起。
6.一种用于制造根据权利要求1所述的粉末冶金制造的含锰预制材料以制造轻金属合金且最好是镁合金的方法，其特征在于，由该预制材料的各个成分组成的熔体借助雾状喷射过程被成形为喷射致密的料销，该料销借助挤压机变形为至少一根金属丝且随后被卷起。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，由预制材料构成的至少两根金属丝被扭结成软绳。
8.将根据权利要求1所述的预制材料和根据权利要求5或6制造的预制材料用于借助金属丝喷射来制造合金的用途。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述合金是镁合金。
10.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，该合金是铝合金。
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