一种镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种镁及镁合金用细化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金由于具有密度小、比强度和比刚度高，良好的减震性能、散热性能、阻尼性能、电磁屏蔽能力和充型流动性以及易于回收再利用等一系列优点而在汽车、通讯设备和电子行业中具有广泛的应用前景。但是目前镁合金的性能比较低、成形性差，限制了镁合金的应用。而晶粒细化作为提高镁合金综合性能和改善镁合金的成形性的重要手段，目前已受到人们的广泛关注和高度重视。晶粒细化对镁合金性能的影响作用主要体现在以下几方面:(1)由于镁合金为密排六方晶体结构，室温下只有三个独立的滑移系，合金的塑性变形能力较差，晶粒大小对力学性能的影响比体心立方或面心立方晶体结构的合金更为显著，而细小的晶粒则有助于提高合金的力学性能和塑性变形能力；(2)由于镁合金结晶温度范围宽、热导率较低、体收缩较大，晶粒粗化倾向严重，并且在凝固过程中易产生缩松、热裂等铸造缺陷，而细小的晶粒则有助于减少热裂和疏松等铸造缺陷，从而使合金的性能得到提高；(3)细小晶粒有助于缩短合金铸态组织中晶界上Mgl7A112等合金相在热处理时的固扩散距离，从而使合金的热处理效率得到提高。此外，细小的晶粒还有助于改善镁合金的耐腐蚀性能和加工性能。也正看到晶粒细化对镁合金性能改善的积极作用，所以国内外对于镁合金的晶粒细化技术进行了大量的研宄。
[0003]目前，镁合金凝固组织细化方法主要有熔体过热法、浇注前或铸造过程中通过改变铸造工艺参数(如冷却速率)、添加合金元素、对合金熔体施加强烈的外力(如强磁场、超声波、机械搅拌等)。如中国专利CN1472350A中公开了一种镁铝系镁合金晶粒细化复合熔剂，其中使用了大量的无机盐类。中国专利CN101230433A中公开了一种镁合金用金属细化剂，其中采用合金元素作为组分。中国专利CN101812607A中公开了一种镁合金细化剂，其主要成分微金属钙和原生镁锭。中国专利CN101886196B中也公开了一种镁合金用晶粒细化剂，其主要成分微Al和C粉。其中熔体过热法虽然能起到一定的细化作用，但该方法增大了镁熔体的氧化烧损和吸气量，并增加了能量和坩祸的消耗，因此，该方法生产上已很少采用；浇注前或铸造过程中通过改变铸造工艺参数(如冷却速率)虽然在凝固过程中起到一定的细化效果，但仅仅对产品的局部区域起到细化作用，难以实现全体积均匀细化；添加合金元素细化法对镁合金凝固组织细化显著，目前添加合金主要是稀土元素，但成本比较高，同时将会引入新的合金元素，影响合金成分；对合金熔体施加强烈的外力(如强磁场、超声波、机械搅拌等)主要是在凝固过程中进行应用，对大体积熔体处理效果不明显，处理后需尽快冷却凝固，如不进行尽快凝固处理，细化效果大大降低，时效性短。因此，基于上述状况，有必要开发一种低成本长时效性镁及镁合金用细化剂来大幅度提高镁及镁合金凝固组织的细化。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种镁及镁合金用细化剂及其制备方法，该细化剂所用原材料方便易得、生产工艺简单、成本低廉、添加方便，具有抗时效寿命长和细化效率高的显著特点。
[0005]另外，本发明还提供了一种镁合金，所述镁合金由上述细化剂进行优化性能。
[0006]本发明提供的一种镁及镁合金用细化剂，其组成为石灰石、白云石和菱镁石中的一种或多种与氯化镁、氯化钾、氯化钡、氟化钙、萤石粉、硼砂混和体，各组份质量百分比为:35.0?60.0 %的石灰石、白云石和菱镁石中的一种或多种，18.0?28.0 %的氯化镁、16.0?24.0%的氯化钾、2.0%?4.0%的氯化钡、1.0?3.0%的氟化钙、2.0?5.0%的萤石粉、0.0?1.5%的硼砂。
[0007]本发明提供的一种镁及镁合金用细化剂的制备方法，其主要包括以下几个步骤:
[0008](I)按权利要求1和权利要求2所述取料并配比称取石灰石、白云石和菱镁石中的一种或多种，以及氯化镁、氯化钾、氯化钡、氟化钙、萤石和硼砂；
[0009](2)利用粉碎机将石灰石、白云石、菱镁石、萤石、硼砂进行粉碎，然后利用30?50号的筛子进行筛分；
[0010](3)将粉碎好石灰石、白云石和菱镁石中的一种或多种、萤石、硼砂与氯化镁、氯化钾、氯化钡、氟化钙放入烘干箱中进行烘烤，烘烤温度为120?200°C，烘烤时间为I?3h ;
[0011](4)将烘烤后的氯化镁、氯化钾、氯化钡、氟化钙放入预热到500?600°C坩祸中进行熔化，待全部熔化后搅拌10?40min后，静置升温至800?820°C再搅拌20?30min，保温30?60min后浇注到模具中冷却凝固成块体；
[0012](5)将上述制备的块体破碎成小块，然后将这些小块和粉碎好的石灰石、白云石和菱镁石中的一种或多种与萤石粉和硼砂一起放入球磨机中进行混和并碾磨，碾磨成150?200目粉末即可，将混和碾磨好的的粉末装入密封容器中备用。
[0013]优选地，制备或购买相应的镁合金经加热熔化，镁合金熔体温度控制在710?740°C，镁合金熔体中加入步骤(5)的细化剂，之后进行10?40min搅拌，搅拌后静置10?60min后进行浇铸，得到性能优化的镁合金。
[0014]本申请的细化剂使用矿石和无机盐类复配，这样加入到镁合金中时，减少了放出的氯气，在生产中不仅降低了劳动强度和处理成本，而且也减少了环境污染。同时，本申请的细化剂不含有氯化钠，这样可以避免熔炼时，使钠残留在镁合金中，使镁合金性能急剧恶化。另外，本申请的细化剂没有直接使用碳酸镁、碳酸钙或碳酸锶，而是使用矿石，降低了成本。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明细化剂所用原材料方便易得、生产工艺简单、成本低、性价比高、添加方便，该细化剂具有抗时效寿命长和细化效率高而稳定的显著特点。另外，该细化剂除了对镁及镁合金细化作用强而稳定外，还具有对熔体起到保护和精炼的作用，减少镁及镁合金熔体的烧损，适用于工业上规模化应用。
【具体实施方式】
[0016]下面通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是，本发明的实施例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明要求保护的范围。其中AZ31镁合金和纯镁均为市售产品。石灰石、白云石、菱镁石、萤石这几种原料为普通矿石，通过粉碎和筛分使用，其它化学试剂均为市售分析纯。测试标准为国家标准GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》，采用标距为1mm的引伸计测定材料的延伸率，采用直线截取法按ASTM E112-G6进行晶粒尺寸的测定。
[0017]AZ31镁合金熔体制备方法及加入细化剂过程:将市面购买的AZ31镁合金放置在熔炼炉中进行加热熔化或按照AZ31镁合金化学成分组成称取原材料并将其放入熔炼炉中进行加热熔化均可获得AZ31镁合金熔体。通过上述两种方法获得的AZ31镁合金熔体温度控制在710?740 V，即可将准备好的细化剂加入到熔融的熔体中，之后进行10?40min搅拌，搅拌后静置10?60min后进行浇铸。
[0018]实施例1:
[0019]细化剂组成及其各组分质量百分比为:50.0%的石灰石、24.0%的氯化镁、19.0%的氯化钾、2.0%的氯化钡、1.5%的氟化钙、3.0%的萤石、0.5%的硼砂。
[0020]按上述配比称取石灰石、氯化镁、氯化钾、氯化钡、氟化钙、萤石、硼砂；并利用粉碎机将石灰石、萤石、硼砂进行粉碎，然后利用30号的筛子进行筛分；粉碎好的石灰石、萤石和硼砂与氯化镁、氯化钾、氯化钡和氟化钙放入烘干箱中进行烘烤，烘烤温度为150°C，烘烤时间为Ih ;将烘烤后的氯化镁、氯化钾、氯化钡、氟化钙放入预热到500°C坩祸中进行熔化，待全部熔化后搅拌20min后，静置升温至800°C再搅拌20min，保温30min后浇注到模具中冷却凝固成块体；将上述制备的块体破碎成小块，然后将这些小块和粉碎好的石灰石、萤石粉和硼砂一起放入球磨机中进行混和并碾磨，碾磨成200目粉末，将混和碾磨好的的粉末装入密封容器中备用。
[0021]将市面购买的原镁锭放置在熔炼炉中进行加热熔化，待纯镁完全融化后将温度控制在720?740°C，即可将准备好的细化剂加入到熔融的熔体中，之后进行10?40min搅拌，搅拌后静置10?60min后进行浇铸。在纯镁熔体中加入1.2%的该细化剂后，可使纯镁晶粒由柱状晶变为等轴晶。
[0022]实施例2:
[0023]细化剂组成及其各组分质量百分比为:42.0%的石灰石、27.0%的氯化镁、22.0%的氯化钾、3.0 %的氯化钡、2.0 %的氟化钙、3.5 %的萤石、0.5 %的硼砂。
[0024]按上述配比称取石灰石、氯化镁、氯化钾、氯化钡、氟化钙、萤石、硼砂；并利用粉碎机将石灰石、萤石、硼砂进行粉碎，然后利用30号的筛子进行筛分；粉碎好的石灰石、萤石和硼砂与氯化镁、氯化钾、氯化钡和氟化钙放入烘干箱中进行烘烤，烘烤