CN1327181C

CN1327181C - 镁合金用复合坩埚材料的制备方法

Info

Publication number: CN1327181C
Application number: CNB2004100137119A
Authority: CN
Inventors: 孙剑飞; 曹福洋; 沈军; 李庆春
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2024-04-26
Also published as: CN1570531A

Abstract

镁合金用复合坩埚材料的制备方法，涉及一种材料的制备方法。现有制备方法存在工艺复杂、劳动强度高、制备成本高等弊端；本发明方法包括以下步骤：a.所选原料为1Cr18Ni9Ti不锈钢和低碳钢；b.采用NaOH溶液浸泡低碳钢板后，再用稀盐酸溶液浸泡，冲洗并烘干；c.低碳钢在喷射沉积前预热到1000～1200℃，不锈钢熔体温度为1600℃，喷射距离为400～800mm，雾化压力为1.5～2.5MPa，喷射沉积后自然冷却；d.高温轧制：首先，对预复合板材预热，然后送热轧机轧制；轧制的终止温度为920℃以上即可。本发明制备方法简单，制备的坩埚外形平整、美观，坩埚的配合尺寸容易保证；并且用本发明方法所得材料可以大批量制备坩埚，生产成本低。

Description

镁合金用复合坩埚材料的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种材料的制备方法，属材料加工领域。

背景技术：

镁和镁合金具有高温化学活性，而镁合金熔炼坩埚又是一种高温服役件，常时间工作温度是700℃左右，在高温工作环境下坩埚同时要受到镁液的张力、镁液的腐蚀、空气或其它气体的腐蚀作用等，使得镁及镁合金的熔炼坩埚必须具有一些特殊的性能，如坩埚内壁不与镁合金液反应、坩埚表面的耐氧化性、高温强度和高温抗蠕变性、具有一定的抗压性和抗震性等。

我国目前仍没有镁合金熔炼坩埚的制备能力，坩埚主要来自进口。国外，如奥地利、德国等少数发达国家可以制备和提供镁合金熔炼坩埚，其坩埚材料主要为低碳钢和不锈钢的双层金属复合材料。低碳钢作为坩埚的内层不易与镁合金熔液发生反应，不会对镁合金液造成污染；不锈钢作为坩埚的外层材料，可以防止坩埚高温氧化。现有的复合坩埚的双金属复合工艺以堆焊工艺为主，即在成形坩埚的表面堆焊一层不锈钢材料，隔绝空气与内层材料接触，同时提高坩埚整体强度和抗蠕变性。堆焊工艺制备的双金属复合坩埚存在一些缺点，如堆焊工艺复杂、劳动强度高、制备成本高、不利于批量化生产；另外，坩埚表面粗糙、尺寸精度差、外形不美观、装配困难；同时，坩埚的表面不锈钢堆焊层不能达到足够的厚度，使得坩埚的整体强度偏低。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种双金属之间可以实现98％以上面积的冶金结合、制备工艺简单、适于批量生产、成本较低的镁合金用复合坩埚材料的制备方法，本发明的制备方法包括以下步骤：a.材料选择：所选原料为1Cr18Ni9Ti不锈钢和低碳钢；b.表面净化处理：首先采用温度为80℃、浓度为0.2％的NaOH溶液浸泡低碳钢板20分钟，然后采用温度为80℃，浓度为0.5％的稀盐酸溶液浸泡低碳钢板30分钟后，用清水冲洗并烘干；c.喷射沉积复合：喷射沉积复合过程需要在真空或惰性气体保护的喷射沉积设备上进行，基底材料为所述低碳钢板，所述低碳钢板在喷射沉积前需预热到1000～1200℃，所述1Cr18Ni9Ti不锈钢熔体温度为1600℃，喷射距离为400～800mm，雾化压力为1.5～2.5MPa，按常规喷射沉积方法喷射沉积后自然冷却，所得预复合板材中低碳钢和不锈钢沉积层的厚度比为(4～7)∶1；d.高温轧制：首先，对预复合板材预热，预热温度为1050～1150℃，保温0.5～1h后送热轧机轧制；轧制分3～5道次，第一道次加工率为15～20％，最后一次加工率大于零同时小于5％，轧制的终止温度为920℃以上；通过以上过程所得产品即为可制备镁合金用复合坩埚的材料。用本发明的方法可实现在双金属之间实现98％以上面积的冶金结合，本发明制备方法简单，制备的坩埚外形平整、美观，坩埚的配合尺寸容易保证；并且用本发明方法所得材料可以大批量制备坩埚，生产成本低；另外，用本明方法所得材料制备的坩埚还具有如下优点：坩埚内层为低碳钢，受镁合金浸蚀小，不污染镁合金熔液；坩埚外层为不锈钢材料，在高温的工作环境下，坩埚外表不氧化；坩埚内外层之间为冶金结合，也确保整个坩埚的高温强度和抗高温蠕变性能比普通的碳钢坩埚提高40％～60％；不锈钢层具有快速凝固组织特点，耐蚀性、抗高温氧化性能高；坩埚使用寿命可以达到或超过国外同类产品水平。

具体实施方式：

具体实施方式一：本发明的制备方法包括以下步骤：a.材料选择：所选原料为1Cr18Ni9Ti不锈钢和低碳钢；b.表面净化处理：首先采用温度为80℃、浓度为0.2％的NaOH溶液浸泡低碳钢板20分钟，然后采用温度为80℃，浓度为0.5％的稀盐酸溶液浸泡低碳钢板30分钟后，用清水冲洗并烘干；c.喷射沉积复合：喷射沉积复合过程需要在真空或惰性气体保护的喷射沉积设备上进行，基底材料为所述低碳钢板，所述低碳钢板在喷射沉积前需预热到1000～1200℃，所述1Cr18Ni9Ti不锈钢熔体温度为1600℃，喷射距离为400～800mm，雾化压力为1.5～2.5MPa，按常规喷射沉积方法喷射沉积后自然冷却，所得预复合板材中低碳钢和不锈钢沉积层的厚度比为(4～7)∶1；d.高温轧制：首先，对预复合板材预热，预热温度为1050～1150℃，保温0.5～1h后送热轧机轧制；轧制分3～5道次，第一道次加工率为15～20％，最后一次加工率大于零同时小于5％，其它道次的加工率为20％，轧制的终止温度为920℃以上；当温度低于920℃仍未轧制完成时，需重新加热至1050～1150℃，再进行轧制。通过以上过程所得产品即为可制备镁合金用复合坩埚的材料，通过以上加工方法可以得到厚度为18～25mm的材料板。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同之处在于，在具体实施方式一中的高温轧制之后，再进行退火处理，因为尽管是高温轧制，但仍然有一些残余应力，在后续坩埚冷压成形和焊接工序中可能引起裂纹，所以进行退火处理。退火温度为920℃，保温1h，后空冷至室温。处理后的复合板经切割、压力变形、焊接可制备成预制坩埚，要求坩埚在焊接时，内层采用低碳钢焊条氩弧焊，外层用不锈钢焊条氩弧焊；焊接后进行热处理，消除焊接和变形应力，热处理工艺为920℃，保温1h，后空冷至室温；如果热处理后坩埚有变形，需要进行矫形处理；如果变形较大，矫形后仍需热处理。

具体实施方式三：本实施方式所选低碳钢为20号低碳钢，厚度为40～60mm，1Cr18Ni9Ti不锈钢沉积层厚度为8～10mm，其它与具体实施方式一相同。

用本发明方法制备的材料可以用于制造坩埚，也可以用于制造其它合适的产品，所以只要是应用了本发明的方法制备出的材料即在本发明的保护范围，而无论该材料做何种用途。

另外，在实际操作过程中，各具体参数如时间、压力、浓度等不可能与本发明所述参数绝对一致，所以只要是本发明权利要求所述加工过程就应在本发明的保护范围，而将没有达到更新效果的时间、压力、浓度等的适当改变应认为是本发明的等同替换。

Claims

1、一种镁合金用复合坩埚材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

a.材料选择：所选原料为1Cr18Ni9Ti不锈钢和低碳钢；b.表面净化处理：首先采用温度为80℃、浓度为0.2％的NaOH溶液浸泡低碳钢板20分钟，然后采用温度为80℃，浓度为0.5％的稀盐酸溶液浸泡低碳钢板30分钟后，用清水冲洗并烘干；c.喷射沉积复合：喷射沉积复合过程需要在真空或惰性气体保护的喷射沉积设备上进行，基底材料为所述低碳钢板，所述低碳钢板在喷射沉积前需预热到1000～1200℃，所述1Cr18Ni9Ti不锈钢熔体温度为1600℃，喷射距离为400～800mm，雾化压力为1.5～2.5MPa，按常规喷射沉积方法喷射沉积后自然冷却，所得预复合板材中低碳钢和所述1Cr18Ni9Ti不锈钢沉积层的厚度比为(4～7)∶1；d.高温轧制：首先，对预复合板材预热，预热温度为1050～1150℃，保温0.5～1h后送热轧机轧制；轧制分3～5道次，第一道次加工率为15～20％，最后一次加工率大于零同时小于5％，轧制的终止温度为920℃以上；通过以上过程所得产品即为可制备镁合金用复合坩埚的材料。

2、根据权利要求1所述的镁合金用复合坩埚材料的制备方法，其特征在于在高温轧制之后进行退火处理：退火温度为920℃，保温1h，后空冷至室温。

3、根据权利要求1或2所述的镁合金用复合坩埚材料的制备方法，其特征在于所述低碳钢厚度为40～60mm，1Cr18Ni9Ti不锈钢沉积层厚度为8～10mm。

4、根据权利要求1或2所述的镁合金用复合坩埚材料的制备方法，其特征在于所述低碳钢为20号低碳钢。

5、根据权利要求1或2所述的镁合金用复合坩埚材料的制备方法，其特征在于当温度低于920℃仍未轧制完成时，需重新加热至1050～1150℃，再进行轧制。

6、根据权利要求1或2所述的镁合金用复合坩埚材料的制备方法，其特征在于除第一道次和最后一道次之外，其它道次的加工率为20％。