专利名称：一种同时具有精炼和细化作用的镁合金细化剂及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种镁合金细化剂。
背景技术：
现代社会，能源和环境问题日益成为人们关注的焦点。为了降低能耗，减少汽车尾气造成的环境污染，汽车的轻量化成为世界各大汽车厂商极力追求的目标之一。而镁合金作为最轻质的工程结构材料，因其具有比重轻、比强度比刚度高、阻尼减振降燥能力强、能屏蔽电磁辐射和易于回收利用等优点，使其特别适合于汽车、摩托车等交通工具和计算机、通讯、仪器仪表和军事等领域的应用，被誉为21世纪“绿色结构材料”。自20世纪90年代以来，镁合金在世界汽车工业中的应用正以每年约20％的速度增长，但目前国内外现有镁合金的力学性能等还难以满足当前及今后汽车、飞机等运载机械零部件工业的发展要求。因此，人们正从合金成分优化、细化处理及热处理等方面对镁合金进行研究，以期提高其综合力学性能。而在改善镁合金力学性能的各种工艺措施中，通过细化处理细化镁合金的晶粒被认为是提高镁合金综合力学性能和改善其质量的关键。一般而言，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细小品粒有助于缩短合金铸态组织中品界上Mg17Al12等合金相在热处理时的固溶扩散距离，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。也正是看到细化处理对于镁合金性能的改善作用，因此国内外对于镁合金的细化处理研究一直给以了广泛的关注和高度的重视。
文献“冶金与材料汇刊(Metallurgical and Materials Transactions，2000，31A2895)”和“铸造(Foundry，2005，54(4)315)”对镁合金的晶粒细化方法进行了研究和综述，提出目前主要采用以下方法来细化镁合金的晶粒1)熔体过热法，即将合金熔体过热到高于熔点的某一温度范围内并保温较短的时间后，快速冷却到浇注温度进行铸造；2)熔体搅拌法，即通过强磁场、超声波或机械搅拌等方式对合金熔体施加强烈外力以达到细化晶粒的目的；3)在含铝镁合金中加入含碳物质(如碳酸钙、碳酸镁、粒状石墨和灯黑等)或通入含碳气体(如二氧化碳、乙炔和天然气)；4)加入其他合金元素，如锆(Zr)和钙(Ca)等。然而，以上方法分别存在着不同的问题而使其应用受到不同程度的限制。如熔体过热法由于需要将镁合金熔体加热到高温，增大了镁合金熔液的氧化损失和吸气量，增加了能量和坩埚的消耗，而且由于杂质和熔体合金的密度均减小，不利于杂质的分离。此外，含铁量的增大还会大大降低合金的抗腐蚀性能。熔体搅拌法存在工艺不便或操作复杂等问题；在含铝镁合金中加入含碳物质或通入含碳气体需要合金中含有0.5％以上铝时，才能起到有效的细化作用。此外，锆由于与镁合金中的铝等合金元素反应使细化作用失效，因此其对除Mg-Zn-(Y)外的大多数镁合金是不适用的，而加钙则容易导致合金在铸造过程中出现热裂缺陷。也正是由于上述存在的问题，造成前面提到的这些镁合金细化方法的应用都受到了一定程度的限制，从而影响了镁合金的大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述方法的不足，提出一种能对镁合金进行高效细化，且同时还具有精炼作用的镁合金细化剂及其使用方法。
本发明通过以下方式为来实现上述目的。
一种同时具有精炼和细化作用的镁合金细化剂，其成分范围为(重量百分比)10～50％石墨粉(粒径不大于50微米)，20～40％碳酸锶SrCO3，10～30％氟化铈CeF，1～10％粉状碳化钛TiC(粒径不大于100微米)，5～10％六氯乙烷C2Cl6。
各成分的重量百分比优选为40～50％石墨粉，20～30％碳酸锶SrCO3，10～20％氟化铈CeF，2～4％粉状碳化钛TiC，6～8％六氯乙烷C2Cl6。
该细化剂中各组份的作用为碳酸锶主要起细化作用，其主要通过和合金熔体反应置换出具有细化作用的Sr元素来实现；氟化铈除了起细化作用外，还有精炼除气和除渣等作用；碳化钛主要起细化作用，其主要通过成为合金凝固时形核核心来实现；石墨粉主要起细化作用；六氯乙烷主要起精炼除气和除渣作用，此外，其与镁合金熔液反应产生的气泡还可以对合金液起搅拌作用。
本发明提供的同时具有精炼和细化作用的镁合金细化剂的生产方法为将原材料首先分别在烘箱中加热到100～150℃去除水份，然后按重量百分比称取原材料；在室温下将已按重量百分比称取的原材料(置入碾砂机中机械)混合；将混合均匀的复合变质细化剂用压力机压成φ45×80mm的圆柱状，然后用铝箔封存，待镁合金细化处理时用。
本发明提供的同时具有精炼和细化作用的镁合金细化剂的使用工艺为在熔剂或气体保护熔炼条件下，将镁合金在坩埚中熔化后升温到700～720℃后扒渣，然后在730～750℃间将预热后的占合金炉料重量的1～10％细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行10～15分钟的精炼和细化处理；处理完毕后静置5～10分钟可得细化效果良好的镁合金熔体。
本发明提供的细化剂具有显著的优点，该细化剂将镁合金的精炼处理和细化处理合为一体，简化了镁合金的熔体处理工艺，降低了成本，且经大量实验和生产实践证实，具有非常好的精炼和细化效果，改善了合金的性能。
具体实施例方式以下通过五个具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1细化剂的成分(重量百分比)40％石墨粉(粒径不大于50微米)，30％碳酸锶(SrCO3)，20％氟化铈(CeF)，3％粉状碳化钛(TiC)(粒径不大于100微米)，7％六氯乙烷(C2Cl6)。
细化剂的生产方法首先分别将原材料在烘箱中加热到100～150℃去除水份，然后按质量百分比称取原材料；在室温下将已按质量百分比称取的原材料置入小型碾砂机中机械混合；将混合均匀的复合变质细化剂用压力机压成φ45×80mm的圆柱状，然后用铝箔封存，待镁合金细化处理时用。
使用时，在熔剂或气体保护熔炼条件下，将镁合金在坩埚中熔化后升温到700℃后扒渣；然后在730～750℃间将预热后的占合金炉料重量的7％细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行10分钟的精炼和细化处理；处理完毕后捞渣，然后静置5分钟可得细化效果良好的镁合金熔体。用于AZ91(Mg-9Al-1Zn-0.1Mn)镁合金，合金熔体中的夹杂物基本被去除，晶粒平均尺寸为82um，金属型试样的室温抗拉强度为189MPa、延伸率为3.2％。
实施例2细化剂的成分(重量百分比)50％石墨粉(粒径不大于50微米)，30％碳酸锶(SrCO3)，10％氟化铈(CeF)，4％粉状碳化钛(TiC)(粒径不大于100微米)，6％六氯乙烷(C2Cl6)。
细化剂的生产方法首先分别将原材料在烘箱中加热到100～150℃去除水份，然后按质量百分比称取原材料；在室温下将已按质量百分比称取的原材料置入小型碾砂机中机械混合；将混合均匀的复合变质细化剂用压力机压成φ45×80mm的圆柱状，然后用铝箔封存，待镁合金细化处理时用。
使用时，在熔剂或气体保护熔炼条件下，将镁合金在坩埚中熔化后升温到700℃后扒渣；然后在730～750℃间将预热后的占合金炉料重量的6％细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行10分钟的精炼和细化处理；处理完毕后捞渣，然后静置5分钟可得细化效果良好的镁合金熔体。用于AZ91(Mg-9Al-1Zn-0.1Mn)镁合金，合金熔体中的夹杂物基本被去除，晶粒平均尺寸为85um，金属型试样的室温抗拉强度为185MPa、延伸率为3％。
实施例3细化剂的成分(重量百分比)50％石墨粉(粒径不大于50微米)，25％碳酸锶(SrCO3)，15％氟化铈(CeF)，5％粉状碳化钛(TiC)(粒径不大于100微米)，5％六氯乙烷(C2Cl6)。
细化剂的生产方法首先分别将原材料在烘箱中加热到100～150℃去除水份，然后按质量百分比称取原材料；在室温下将已按质量百分比称取的原材料置入小型碾砂机中机械混合；将混合均匀的复合变质细化剂用压力机压成φ45×80mm的圆柱状，然后用铝箔封存，待镁合金细化处理时用。
使用时，在熔剂或气体保护熔炼条件下，将镁合金在坩埚中熔化后升温到700℃后扒渣；然后在730～750℃间将预热后的占合金炉料重量的8％细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行10分钟的精炼和细化处理；处理完毕后捞渣，然后静置5分钟可得细化效果良好的镁合金熔体。用于AZ91(Mg-9A1-1Zn-0.1Mn)镁合金，合金熔体中的夹杂物基本被去除，晶粒平均尺寸为80um，金属型试样的室温抗拉强度为192MPa、延伸率为3.5％。
实施例4细化剂的成分(重量百分比)45％石墨粉(粒径不大于50微米)，25％碳酸锶(SrCO3)，16％氟化铈(CeF)，8％粉状碳化钛(TiC)(粒径不大于100微米)，6％六氯乙烷(C2Cl6)。
细化剂的生产方法首先分别将原材料在烘箱中加热到100～150℃去除水份，然后按质量百分比称取原材料；在室温下将已按质量百分比称取的原材料置入小型碾砂机中机械混合；将混合均匀的复合变质细化剂用压力机压成φ45×80mm的圆柱状，然后用铝箔封存，待镁合金细化处理时用。
使用时，在熔剂或气体保护熔炼条件下，将镁合金在坩埚中熔化后升温到720℃后扒渣；然后在730～750℃间将预热后的占合金炉料重量的4％细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行10分钟的精炼和细化处理处理完毕后捞渣，然后静置5分钟可得细化效果良好的镁合金熔体。用于AM60(Mg-6Al-0.22Zn-0.25Mn)镁合金，合金熔体中的夹杂物基本被去除，晶粒平均尺寸为89um，金属型试样的室温抗拉强度为190MPa、延伸率为3％。
实施例5细化剂的成分(重量百分比)40％石墨粉(粒径不大于50微米)，20％碳酸锶(SrCO3)，20％氟化铈(CeF)，12％粉状碳化钛(TiC)(粒径不大于100微米)，8％六氯乙烷(C2Cl6)。
细化剂的生产方法首先分别将原材料在烘箱中加热到100～150℃去除水份，然后按质量百分比称取原材料在室温下将已按质量百分比称取的原材料置入小型碾砂机中机械混合；将混合均匀的复合变质细化剂用压力机压成φ45×80mm的圆柱状，然后用铝箔封存，待镁合金细化处理时用。
使用时，在熔剂或气体保护熔炼条件下，将镁合金在坩埚中熔化后升温到720℃后扒渣；然后在730～750℃间将预热后的占合金炉料重量的5％细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行10分钟的精炼和细化处理；处理完毕后捞渣，然后静置5分钟可得细化效果良好的镁合金熔体。用于ZA84(Mg-8Zn-4Al-0.25Mn)镁合金，合金熔体中的夹杂物基本被去除，晶粒平均尺寸为78um，金属型试样的室温抗拉强度为191MPa、延伸率为8％。
权利要求
1.一种同时具有精炼和细化作用的镁合金细化剂，其由以下重量百分比的成分组成10～50％石墨粉，20～40％碳酸锶SrCO3，10～30％氟化铈CeF，1～10％粉状碳化钛TiC，5～10％六氯乙烷C2Cl6；将上述原料先分别加热去除水份，再按重量百分比称取，混合均匀，再加压成型，封存待用。
2.根据要求1所述的镁合金细化剂，其特征在于各成分的重量百分比为40～50％石墨粉，20～30％碳酸锶SrCO3，10～20％氟化铈CeF，2～4％粉状碳化钛TiC，6～8％六氯乙烷C2Cl6。
3.根据要求1或2所述的镁合金细化剂，其特征在于所述的石墨粉的粒径不大于50微米，粉状碳化钛TiC的粒径不大于100微米。
4.根据权利要求1或2所述的镁合金细化剂，其特征在于细化剂的加压成型是用压力机压成圆柱状，然后用铝箔封存。
5.权利要求1或2所述的镁合金细化剂的使用方法，其特征在于在熔剂或气体保护熔炼条件下，将镁合金在坩埚中熔化后升温到700～720℃后扒渣；扒渣后静置，然后在730～750℃间将预热后的占合金炉料重量的1～10％细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行10～15分钟的精炼和细化处理；处理完毕后静置5～10分钟，即得细化效果良好的镁合金熔体。
全文摘要
本发明提出一种能对镁合金进行高效细化，且同时具有精炼作用的镁合金细化剂及其使用方法。细化剂的其成分重量百分比为10～50％石墨粉，20～40％碳酸锶SrCO
文档编号C22C23/00GK1936043SQ20061005450
公开日2007年3月28日 申请日期2006年10月14日 优先权日2006年10月14日
发明者杨明波, 潘复生, 汤爱涛, 白亮 申请人:重庆工学院