專利名稱：一種堿土耐熱鎂合金的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種堿土耐熱鎂合金的制備方法，屬有色金屬制備及應用的技術領域。
背景技術：
鎂及鎂合金是最輕的金屬結構材料，具有高的比強度和比剛度、良好的導電導熱性、磁屏蔽性、阻尼減震性、可切削性，在航空、航天、汽車、電子、通訊等工業領域得到了廣 泛應用。鎂及鎂合金雖然有較多的優良性能和廣泛的用途，但本身也有缺陷和性能的不足，例如強度低、耐熱性差、耐腐蝕性差、熔點低、塑性差，極大的限制了鎂及鎂合金的應用范圍。由于鎂及鎂合金獨特的化學物理性能，在制備和熔煉過程中，鎂元素極易燃燒和蒸發，而且極易氧化，給制備鎂合金帶來了很多困難，尤其是制備耐熱鎂合金還沒有成熟的技術方案，還處于探討和研究中。

發明內容
發明目的
本發明的目的是針對背景技術的不足，采用一種新的熔煉技術和制備方法，在熔煉過程中添加堿土元素鍶、鈣、稀土元素釔和鑭，在真空熔煉爐內，在氬氣保護下制成堿土耐熱鎂合金，以提高鎂合金的耐熱性能。技術方案
本發明使用的化學物質材料為鎂、鋁、鎂鍶中間合金、鎂鈣中間合金、鎂釔中間合金、 鎂鑭中間合金、無水乙醇、氬氣、細砂、砂紙、脫脂棉、凡士林，其組合準備用量如下以克、毫 升、毫米、厘米3為計量單位 鎂Mg 1512g±2g 鋁Al 170g±0.5g 鎂鍶中間合金=Mg67Sr5 200g±0. 5g 鎂鈣中間合金=Mg2tlCa3 60g±0. 5g 鎂釔中間合金=Mg15Y 48g±0. 5g 鎂鑭中間合金Mg375La7 10g±0. 5g 無水乙醇CH3CH2OH 200mL±5mL 氬氣Ar 100000cm3± IOOcm3 細砂5000g
砂紙400 粒 200 X0. 5 X 150mm I 張 脫脂棉500g 凡士林500g制備方法如下
(1)、精選化學物質材料
對制備使用的化學物質材料要進行精選，并進行質量純度控制
鎂固態塊狀99. 99 %
鋁固態塊狀99. 99 %
鎂鍶中間合金固態塊狀99. 98%
鎂鈣中間合金固態塊狀99. 98%
鎂釔中間合金固態塊狀99. 98%
鎂鑭中間合金固態塊狀99. 98%
無水乙醇液態液體99. 99%
氬氣氣態氣體99. 5%
細砂固態砂粒 砂紙固態紙狀 脫脂棉固態絮狀 凡士林液態粘稠狀
(2)、預制開合式不銹鋼模具
對澆鑄使用的模具要進行預制，模具結構為開合式，模體材料為不銹鋼，外形尺寸為500 mm X 400 mm X 200 mm，型腔形狀為T字形；
(3)、制備堿土耐熱鎂合金
堿土耐熱鎂合金的制備是在真空熔煉爐內進行的，是在加熱、氬氣保護、添加中間合金、外水循環冷卻下完成的；
I清理真空熔煉爐，用吸塵器抽吸爐腔內灰塵及有害物質，用脫脂棉蘸取無水乙醇擦拭爐口、爐蓋及密封圈，擦拭后涂抹凡士林，并密封；
2用金屬刷、金屬鏟清除坩堝內殘留物質，并用脫脂棉蘸取無水乙醇擦拭清潔；
3預熱坩堝、不銹鋼模具，在加熱爐內預熱，預熱溫度300°C ；
4稱取鎂塊1512g±2g、鋁塊170g±0. 5g放入熔煉坩堝中，熔煉坩堝底部設置磁攪拌
器；
5稱取鎂鍶中間合金塊200g±0. 5g、鎂鈣中間合金塊60g±0. 5g、鎂釔中間合金塊48g±0. 5g、鎂鑭中間合金塊10g±0. 5g，置于熔煉爐上部的加料倉中；
6放置不銹鋼模具并調整模具位置，使坩堝澆注口對準模具澆注口 ；
7密閉熔煉爐，抽取爐內空氣，使爐內壓強達10_2Pa ；
8開啟氬氣瓶，向熔煉爐內輸入氬氣，氬氣輸入速度200cm3/min，當爐內壓強達IO2 Pa時，停止輸入氬氣，并恒定爐內壓強；
9開啟熔煉坩堝電源，開始熔煉，坩堝以10°C /min的速度升溫，加熱溫度達到720 0C ± 5 °C并恒定，使鎂塊、鋁塊融化成熔液，磁攪拌器攪拌2min±0. 5min，成鎂鋁熔液；10開啟加料倉，向熔煉坩堝內的鎂鋁熔液中加入鎂鍶中間合金、鎂鈣中間合金、鎂釔中間合金、鎂鑭中間合金，繼續在720°C ±5°C下磁攪拌3min±0. 5min ；
11在720°C ±5°C下精煉10min±lmin，成合金熔液；
權利要求
1.一種堿土耐熱鎂合金的制備方法，其特征在于使用的化學物質材料為鎂、鋁、鎂 鍶中間合金、鎂鈣中間合金、鎂釔中間合金、鎂鑭中間合金、無水乙醇、氬氣、細砂、砂紙、脫 脂棉、凡士林，其組合準備用量如下以克、毫升、毫米、厘米3為計量單位 鎂Mg 1512g±2g 鋁Al 170g±0.5g 鎂鍶中間合金=Mg67Sr5 200g±0. 5g 鎂鈣中間合金=Mg2tlCa3 60g±0. 5g 鎂釔中間合金=Mg15Y 48g±0. 5g 鎂鑭中間合金Mg375La7 10g±0. 5g 無水乙醇CH3CH2OH 200mL±5mL 氬氣Ar 100000cm3± IOOcm3 細砂5000g 砂紙400 粒 200 X0. 5 X 150mm I 張 脫脂棉500g 凡士林500g 制備方法如下 (1)、精選化學物質材料 對制備使用的化學物質材料要進行精選，并進行質量純度控制 鎂固態塊狀99. 99 % 鋁固態塊狀99. 99 % 鎂鍶中間合金固態塊狀99. 98% 鎂鈣中間合金固態塊狀99. 98% 鎂釔中間合金固態塊狀99. 98% 鎂鑭中間合金固態塊狀99. 98% 無水乙醇液態液體99. 99% 氬氣氣態氣體99. 5% 細砂固態砂粒 砂紙固態紙狀 脫脂棉固態絮狀 凡士林液態粘稠狀 (2)、預制開合式不銹鋼模具 對澆鑄使用的模具要進行預制，模具結構為開合式，模體材料為不銹鋼，外形尺寸為·500 mm X 400 mm X 200 mm，型腔形狀為T字形； (3)、制備堿土耐熱鎂合金 堿土耐熱鎂合金的制備是在真空熔煉爐內進行的，是在加熱、氬氣保護、添加中間合金、外水循環冷卻下完成的； I清理真空熔煉爐，用吸塵器抽吸爐腔內灰塵及有害物質，用脫脂棉蘸取無水乙醇擦拭爐口、爐蓋及密封圈，擦拭后涂抹凡士林，并密封； 2用金屬刷、金屬鏟清除坩堝內殘留物質，并用脫脂棉蘸取無水乙醇擦拭清潔；3預熱坩堝、不銹鋼模具，在加熱爐內預熱，預熱溫度300°C ； 4稱取鎂塊1512g±2g、鋁塊170g±0. 5g放入熔煉坩堝中，熔煉坩堝底部設置磁攪拌器； 5稱取鎂鍶中間合金塊200g±0. 5g、鎂鈣中間合金塊60g±0. 5g、鎂釔中間合金塊48g±0. 5g、鎂鑭中間合金塊10g±0. 5g，置于熔煉爐上部的加料倉中； 6放置不銹鋼模具并調整模具位置，使坩堝澆注口對準模具澆注口 ； 7密閉熔煉爐，抽取爐內空氣，使爐內壓強達10_2Pa ； 8開啟氬氣瓶，向熔煉爐內輸入氬氣，氬氣輸入速度200cm3/min，當爐內壓強達IO2 Pa時，停止輸入氬氣，并恒定爐內壓強； 9開啟熔煉坩堝電源，開始熔煉，坩堝以10°C /min的速度升溫，加熱溫度達到720 0C ± 5 °C并恒定，使鎂塊、鋁塊融化成熔液，磁攪拌器攪拌2min±0. 5min，成鎂鋁熔液；10開啟加料倉，向熔煉坩堝內的鎂鋁熔液中加入鎂鍶中間合金、鎂鈣中間合金、鎂釔中間合金、鎂鑭中間合金，繼續在720°C ±5°C下磁攪拌3min±0. 5min ； 11在720°C ±5°C下精煉10min±lmin，成合金熔液； 12在鎂鋁熔煉、添加中間合金的過程中將進行合金化反應，反應式如下 Mg+A I +Mg67Sr 5+Mg20Ca3+Mg15Y.+Mg375La7，20Χ2± Χ Ai I i Iiii i i dz I i iimAl4Sr+ Al2Ca+Al2Y+Al4La+Mg17Al12+Mg Al4Sr :鋁鍶化合物 Al2Ca :鋁鈣化合物 Al2Y :鋁釔化合物 Al2La :鋁鑭化合物 Mg17Al12 :鎂鋁化合物 . 13調整加熱溫度，使溫度降至680°C ±5°C，然后傾斜熔煉坩堝，對準不銹鋼模具澆口進行澆鑄，澆鑄后成堿土耐熱鎂合金鑄錠； .14關閉熔煉坩堝爐加熱器，停止加熱，使爐內溫度自然冷卻至150°C ； . 15打開爐蓋，取出不銹鋼模具，使其繼續自然冷卻至100°C ； . 16開模，取出鑄錠，并將鑄錠埋入細砂中，自然冷卻到25°C，冷卻后即為堿土耐熱鎂合金徒; (4)、清理鑄錠 將冷卻后的鑄錠用砂紙打磨表面，使表面潔凈； (5)、切制鑄錠 將鑄錠用機械切制成矩形塊狀，即為終產物堿土耐熱鎂合金錠； (6)、低溫回火 對制備的堿土耐熱鎂合金錠置于回火爐中，進行低溫回火，回火溫度120°C ±5°C，回火時間120min，回火后隨爐冷卻至25°C ； (7)、檢測、分析、表征對制備的堿土耐熱鎂合金錠的形貌、色澤、成分、金相組織、化學物理性能、力學性能進行檢測、分析、表征； 用金相顯微鏡進行顯微組織觀察； 用場發射掃描電鏡進行物相形貌分析； 用WE230型萬能材料試驗機進行力學性能分析； 結論堿土耐熱鎂合金錠為銀白色矩形塊狀，金相組織致密，在200°C保溫20min后抗拉強度達到190MPa，屈服強度達到140 MPa，伸長率為4. 0% ； (8)、鑄錠儲存 對制備的堿土耐熱鎂合金錠用軟質材料包裝，置于陰涼潔凈環境，要防水、防潮、防氧化、防酸堿鹽侵蝕，儲存溫度20°C ±2°C，相對濕度彡10%。
2.根據權利要求I所述的一種堿土耐熱鎂合金的制備方法，其特征在于堿土耐熱鎂合金錠的制備是在真空熔煉爐內進行的，是在加熱、氬氣保護、添加中間合金、外水循環冷卻下完成的；真空熔煉爐為立式，真空熔煉爐(I)下部為爐座(2)、上部為爐蓋(3)，在真空熔煉爐⑴與爐蓋⑶之間設有密封圈(5)、開合架(6);真空熔煉爐⑴外部由外水循環冷卻管(4)環繞；在真空熔煉爐(I)內左底部設置不銹鋼模具(21)，不銹鋼模具(21)上部為澆注口(22)，在真空熔煉爐(I)內右側底部設有坩堝支架(18)，在坩堝支架(18)上部為熔煉坩堝(17)，熔煉坩堝(17)外部為電阻加熱器(19)，熔煉坩堝(17)內底部設有攪拌磁子(29)、上部為熔液(20)，真空熔煉爐(I)的爐腔內由氬氣(23)充填，在爐蓋(3)的上部設有氬氣管(25)、觀察窗(24)、加料倉(7)及加料閥(8)、出氣孔(9)及出氣閥(10);氬氣管(25)連接氬氣閥(26)、氬氣瓶(27);在真空熔煉爐(I)的右下部設有真空泵(28);在爐座(2)上設有顯示屏(11)、指示燈(12)、電源開關(13)、加熱調控器(14)、澆鑄調控器(15)、真空泵調控器(16)、磁攪拌控制器(30)。
全文摘要
本發明涉及一種堿土耐熱鎂合金的制備方法，是以鎂鋁為原料，經添加鎂鍶中間合金、鎂鈣中間合金、鎂釔中間合金、鎂鑭中間合金，堿土類鎂鍶中間合金、鎂鈣中間合金為添加主鏈，經真空熔煉爐熔煉、氬氣保護，澆鑄成錠，經切制、低溫回火，制成堿土耐熱鎂合金錠，此制備方法工藝先進，配比合理，數據翔實精確，不污染環境，安全穩定可靠，制備的堿土耐熱鎂合金錠金相組織致密，強度高，在200℃保溫20min后抗拉強度達到190MPa、屈服強度達到140MPa、伸長率為4.0%，是十分理想的制備堿土耐熱鎂合金的方法。
文檔編號C22C1/03GK102899515SQ201210336800
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者范晉平, 許并社, 王社斌, 李明照, 劉璐 申請人:太原理工大學