專利名稱：一種超聲波制備Al-Ti-C-Gd鎂合金晶粒細化劑的方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料技術領域，涉及到利用超聲波制備Al-Ti-C-Gd鎂合金晶粒細化劑的方法。
背景技術：
鎂合金是工程應用中密度最低的金屬結構材料，具有高的比強度、比剛度，優良的鑄造性能和機械加工性能等優點，在汽車、電子、航空、航天和國防等領域都有廣泛的應用。 但與鋁合金相對，鎂合金的絕對強度較低，室溫塑性差，凝固過程中易產生縮松、氣孔、裂紋等缺陷。晶粒細化技術能有效的改善鑄造缺陷，提高合金的強度和韌性。Al-Ti-C中間合金是鋁合金有效的細化劑，Han Guang 等人在《Transaction of NonferrousMetals Society of China》上，15 (2009) 1057-1064，發表文獻“Grain refinement ofAZ31 Magnesium alloys by new Al-Ti-C master alloy”指出該中間合金對AZ31鎂合金有一定的細化效果，該中間合金中的TiC和Al4C3顆粒可作為初生鎂的形核核心。但是，Al-Ti-C中間合金中TiC顆粒尺寸細小極容易團聚，在鎂合金變質過程中很難分散開；而且，C與Al的潤濕性差，在常規的制備工藝中難以反應生產Al4C3，以上兩點對Al-Ti-C中間合金細化鎂合金的效果影響很大。

發明內容
本發明的目的是提供一種高效的鎂合金晶粒細化劑的制備方法，解決Al-Ti-C中間合金中顆粒團聚的現象，以及改善C與Al的潤濕性使其發生反應生成Al4C315本發明的技術方案是(1)將鎂粉、鋁粉、鈦粉和碳粉混合，其中各組分的重量百分比(wt. % )為鎂 6. 25%，鈦15%，鋁與碳質量比為17 20。(2)將混合后的粉末壓制成Φ35ι πιΧ IOmm的Al-Ti-C預制塊，壓力為35MPa。(3)將純鋁錠、Mg-30% Gd中間合金和Al-Ti-C預制塊置于石墨坩堝中，并采用冰晶石覆蓋劑覆蓋熔體，升溫至850°C -900°C保溫30-60分鐘后使用石墨棒攪拌，降溫至 720°C施加超聲后澆注在預熱溫度為300°C模具中；超聲功率為330W 350W，時間120s。本發明得到的Al-Ti-C-Gd鎂合金晶粒細化劑各組分重量百分比為鈦4-5%，碳 1-4%，釓 4-5%，鋁 86-91%。本發明的效果和益處是通過引入超聲波和稀土元素Gd，改善了 C與Al熔體的潤濕性，促進了 Al-Ti-C中的化學反應，同時使生成的Al2Gd、TiC、Al4C3顆粒在Al基體中均勻分布。本發明操作工藝簡單，生產成本低，對鎂合金的細化效果好，并且使其強度和韌性得到了顯著提高。
具體實施方式
以下結合技術方案詳細敘述本發明的具體實施方式
。實施方式1:按以下質量配比稱取原料60g鋁粉；12g鈦粉；3g碳粉；5g鎂粉。將粉末置于行星球磨機中，抽真空的條件下球磨12h，取出粉末20g，置于鋼模具中并在粉末壓片機中壓制成Φ35πιπιΧ IOmm的Al-Ti-C預制塊，共4塊，壓力為35MPa。將質量約的純鋁錠、83g Mg-Gd中間合金和40gAl-Ti-C預制塊置于石墨坩堝中，并采用冰晶石覆蓋劑覆蓋熔體，升溫至850°C保溫30min后使用石墨棒攪拌，扒渣，然后降溫至720°C施加超聲120s將超聲工具頭移出，扒渣，澆注在預熱溫度為300°C鋼模具中，超聲功率為330W，即得到Al-Ti-C-Gd 中間合金。實施方式2:按以下質量配比稱取原料57g鋁粉；12g鈦粉；6g碳粉；5g鎂粉。將粉末置于行星球磨機中，抽真空的條件下球磨12h，取出粉末20g，置于鋼模具中并在粉末壓片機中壓制成Φ35πιπιΧ IOmm的Al-Ti-C預制塊，共4塊，壓力為35MPa。將質量約270g的純鋁錠、85g Mg-Gd中間合金和40gAl-Ti-C預制塊置于石墨坩堝中，并采用冰晶石覆蓋劑覆蓋熔體，升溫至850°C保溫30min后使用石墨棒攪拌，扒渣，然后降溫至720°C施加超聲120s將超聲工具頭移出，扒渣，澆注在預熱溫度為300°C鋼模具中，超聲功率為340W，即得到Al-Ti-C-Gd 中間合金。實施方式3:按以下質量配比稱取原料54g鋁粉；12g鈦粉；9g碳粉；5g鎂粉。將粉末置于行星球磨機中，抽真空的條件下球磨12h，取出粉末20g，置于鋼模具中并在粉末壓片機中壓制成Φ35πιπιΧ IOmm的Al-Ti-C預制塊，共4塊，壓力為35MPa。將質量約270g的純鋁錠、87g Mg-Gd中間合金和40gAl-Ti-C預制塊置于石墨坩堝中，并采用冰晶石覆蓋劑覆蓋熔體，升溫至850°C保溫30min后使用石墨棒攪拌，扒渣，然后降溫至720°C施加超聲120s將超聲工具頭移出，扒渣，澆注在預熱溫度為300°C鋼模具中，超聲功率為340W，即得到Al-Ti-C-Gd 中間合金。實施方式4:按以下質量配比稱取原料51g鋁粉；12g鈦粉；12g碳粉；5g鎂粉。將粉末置于行星球磨機中，抽真空的條件下球磨12h，取出粉末20g，置于鋼模具中并在粉末壓片機中壓制成Φ35mmX IOmm的Al-Ti-C預制塊，共4塊，壓力為35MPa。將質量約的純鋁錠、85g Mg-Gd中間合金和40gAl-Ti-C預制塊置于石墨坩堝中，并采用冰晶石覆蓋劑覆蓋熔體，升溫至850°C保溫30min后使用石墨棒攪拌，扒渣，然后降溫至720°C施加超聲120s將超聲工具頭移出，扒渣，澆注在預熱溫度為300°C鋼模具中，超聲功率為350W，即得到Al-Ti-C-Gd 中間合金。
權利要求
1. 一種超聲波制備Al-Ti-C-Gd鎂合金晶粒細化劑的方法，其特征包括如下步驟(1)將鎂粉、鋁粉、鈦粉和碳粉混合，其中各組分的重量百分比(Wt.% )為鎂6. 25%, 鈦15%，鋁與碳質量比為17 20 ；(2)將混合后的粉末壓制成Φ35πιπιΧIOmm的Al-Ti-C預制塊，壓力為35MPa ；(3)將純鋁錠、Mg-30%Gd中間合金和Al-Ti-C預制塊置于石墨坩堝中，并采用冰晶石覆蓋劑覆蓋熔體，升溫至850°C -900°C保溫30-60分鐘后使用石墨棒攪拌，降溫至720°C施加超聲后澆注在預熱溫度為300°C模具中；超聲功率為330W 350W，時間120s。
全文摘要
一種超聲波制備Al-Ti-C-Gd鎂合金晶粒細化劑的方法，屬于金屬材料技術領域。其特征是將一定量的純鋁、Mg-30％Gd中間合金、Al-Mg-Ti-C預制塊置于石墨坩堝中，升溫至850℃-900℃，保溫30-60分鐘后攪拌、扒渣；降溫至720℃施加超聲120s后澆注；所制得的細化劑各組分的重量百分比為鈦4-5％，碳1-4％，釓4-5％，鋁86-91％；Al-Ti-C-Gd晶粒細化劑鑄態組織為α-Al、TiC、Al4C3、Al2Gd復合組織，TiC、Al4C3顆粒和Al-Gd金屬間化合物均勻分布于α-Al基體中。本發明的效果和益處是通過引入超聲波和稀土元素Gd，改善了C與Al熔體的潤濕性，促進了Al-Ti-C中的化學反應，同時使生成的Al2Gd、TiC、Al4C3顆粒在Al基體中均勻分布。本發明操作工藝簡單，生產成本低，對鎂合金的細化效果好，并且使其強度和韌性得到了顯著提高。
文檔編號C22C1/10GK102489692SQ20111040020
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月5日 優先權日2011年12月5日
發明者張興國, 房燦峰, 李明, 賈非, 郝海 申請人:大連理工大學