专利名称：用于Mg-Al合金的晶粒复合细化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于Mg-Al合金的晶粒复合细化剂及其制备方法，具体涉及用于 Mg-Al合金的含石墨和碱土金属(Ca或Sr)的高效复合细化剂及其制备方法。
背景技术：
镁合金是最轻的金属结构材料，具有比重轻、比强度高、减振性好，而且电磁屏蔽 性强，易于回收等优点，被认为是二十一世纪最富开发和应用潜力的"绿色"材料。但是，相 对于钢铁材料，镁合金材料的力学性能还是较低，进一步提高其强度、塑性和韧性对于镁合 金的推广运用非常重要。众所周知，晶粒细化是改善金属材料强韧性的重要途径，且对于镁 合金，晶粒大小对其强塑性的影响比其他晶体结构的合金更为显著，同时经晶粒细化还可 显著改善镁合金的组织致密性。因此，通过晶粒细化技术细化镁合金对于生产高性能镁合 金制品非常重要。 传统的晶粒细化方法，如固态处理、半固态成形以及铸造晶粒细化技术等，都可不 同程度地细化镁合金。相对而言，以微量合金化法和碳质孕育剂法为代表的铸造晶粒细化 技术具有操作简单、工艺易于控制，成本低廉等优势。其中Zr是Mg晶粒细化最有效的元 素，但因Zr与Al极易反应形成化合物Al3Zr使得Zr不能有效细化工业生产中应用最为广 泛的Mg-Al系铸造镁合金。在Mg-Al系铸造镁合金细化的微量元素合金化法，碱土金属是 最为有效的细化元素，其基本原理是利用碱土金属(Ca和Sr)在镁熔体凝固过程中发生偏 析而抑制晶粒生长。但随着合金化元素含量的增加，Mg晶粒的细化程度很快达到饱和，并 将生成新的合金相，导致延伸率降低，塑性下降。而碳质孕育剂法主要是利用含C物质在镁 熔液中分解产生的C原子与Al化合生成与a -Mg相结构相当，晶格常数相近的A14C3质点 作为形核核心所致。 由凝固基本理论可知，铸造制品的最终晶粒尺寸主要受以下两方面因素控制一 是晶核的形核能力及其有效晶核的数量；二是溶质元素偏析及其对晶粒生长的抑制能力。 晶核形核能力越强，其晶体生长所需的动力学过冷度(Tn)越小；溶质元素的偏析能力越高， 其抑制晶粒长大的能力越强。 在关于镁合金碳质细化的公开专利中，公开号为CN1410566的中国专利和 CN1583327A的专利申请涉及单独利用碳粉(石墨粉)作为碳源并细化镁合金的技术。基于 上述复合细化思路，公开号为CN101135013的中国专利公开了含碳和稀土 Ce的复合细化剂 及其制备方法。文献[Metall. Mater. Trans. ， 2005 :p2669]给出了 Ca、Sr和Ce三种元素对 Mg晶粒生长的抑制因子分别为11. 84、3. 51和2. 74，与Ca和Sr相比，Ce对Mg晶粒的生长 抑制作用相对较低。在上述三个公开专利中，其制备过程均包含铝粉、石墨粉以及镁粉的混 合、烘干、压制及其烧结等环节，存在的主要问题是铝粉和镁粉在制备过程中易于氧化，难 以准确控制细化剂成分。而公开号为CN1410566的中国专利和公开号为CN1583327的专利 申请均仅仅利用碳粉的细化作用，与复合细化相比，其细化作用相对有限。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于Mg-Al合金的晶粒复合细 化剂及其制备方法，本发明利用碳和碱土金属(Ca或Sr)复合制备了一种高效的晶粒细化 剂。本发明方法针对Mg-Al系合金，将含碳孕育剂法和熔体微量合金化法复合应用，利用
八14(:3粒子的高形核能力和合金化元素有效抑制晶粒生长的双重作用，获得了一种新的高效
细化方法，本发明的晶粒复合细化剂具有较好的细化效果，特别对于以AZ31为代表的低A1
含量的变形镁合金的细化效果尤其显著。 本发明的目的通过如下技术方案来实现。 所选用碳源要求无污染、在制备过程中易分散。而合金元素则要求其具有较高的
Mg晶粒生长抑制能力，且不易于与碳源反应。 所选用碳源为粒度在8 15 ii m的石墨粉； 所选用合金元素为碱土金属Ca和Sr，以中间合金的方式加入。 —种用于Mg-Al合金的晶粒复合细化剂，含有以下成分A1、 C、 Mg以及Ca或Sr ;
各成分的重量百分比为50 60% Al、1 5% C、5 10. 5% Ca或5 10. 5% Sr，余量为Mg。 制备本发明所述的用于Mg-Al合金的晶粒复合细化剂的方法，具体包括以下步骤 为 (1)在700 800。C下熔化纯Al，按配方加入Mg-Ca或Mg-Sr中间合金，不足的Mg 以纯Mg形式加入，获得Al-Mg-Ca或Al-Mg-Sr中间合金熔体； (2)将Al-Mg-Ca或Al-Mg-Sr中间合金熔体冷却至600 650°C，搅拌的同时，按
配方缓慢加入石墨粉，再搅拌2 4分钟，得到半固态熔体； (3)将半固态熔体浇注，即得本发明晶粒复合细化剂。 所述石墨粉的粒度在8 15 ii m。 步骤(2)所述搅拌的速度均为200 500r/min。 所述配方为本发明晶粒复合细化剂中各成分的重量百分比50 60% Al、1 5% C、5 10. 5% Ca或5 10. 5% Sr，余量为Mg。
所述石墨粉在搅拌漩涡中心上方加入。
本发明复合细化剂使用的方法为 (1)熔化Mg-Al合金，搅拌熔体处理并去除熔渣后保温。为保证细化效果，熔体保 温温度需在740 760。C之间。 (2)往Mg-Al合金熔体中添加上述细化剂块体，其加入量在熔体质量的1.0 1.2X之间。加入量控制的基本原则为保证细化效果的基础上无石墨残留，且无明显的含Ca 或Sr的金属间化合物生长。 (3)细化剂加入熔体后保温8 10min后手动人工搅拌，保证石墨粉在Mg-Al熔体 中均匀分散促使C与Al生成A14C3相。搅拌后熔体仍需继续保温10 12min，保证足够的 A14C3颗粒生成并作为Mg晶粒的形核核心。
本发明和现有技术相比，具有如下优点和有益效果 (1)本发明对含Al的镁合金具有较好的细化效果，特别对于低Al含量(《6% ) 的Mg-Al合金其细化效果尤其显著。如对于低铝含量的工业生产中应用最为广泛的AZ31合金，与未经细化处理的AZ31合金相比，经复合细化后细化程度可达4 5倍，经细化处理 后其强度和延伸率可分别提高20%和40%。 (2)本细化剂的制备方法简单，可制备出石墨粉均匀分散的Mg-Al合金用细化剂， 晶粒细化剂成分易于控制，易于实现工业化批量生产。 (3)从晶粒细化剂的制备到使用过程，均无污染物排出，属于环保型技术。 (4)经细化处理后，无明显新相生成，不存在新相生成导致塑性降低的问题。
图1为Al-Mg-Ca-C复合晶粒细化剂的XRD分析结果； 图2为Al-Mg-Sr-C复合晶粒细化剂的XRD分析结果； 图3为Al-Mg-C晶粒细化剂的XRD图谱； 图4为Mg-3A1合金未经细化剂处理的金相组织； 图5为Mg-3A1合金经Al-Mg-C晶粒细化剂处理的金相组织； 图6为Mg-3A1合金经0. 2% Ca细化处理的金相组织； 图7为Mg-3A1合金经0. 2% Sr细化处理的金相组织； 图8为Mg-3A1合金经Al-Mg-Ca-C晶粒细化剂处理的金相组织； 图9为Mg-3A1合金经Al_Mg-Sr_C晶粒细化剂处理的金相组织； 图10为AZ31镁合金未经细化剂处理的金相组织； 图11为AZ31镁合金经Al-Mg-C晶粒细化剂处理的金相组织； 图12为AZ31合金经0. 2% Ca细化处理的金相组织； 图13为AZ31合金经0. 2% Sr细化处理的金相组织； 图14为AZ31镁合金经Al-Mg-Ca-C晶粒细化剂处理的金相组织； 图15为AZ31镁合金经Al-Mg-Sr-C晶粒细化剂处理的金相组织； 图16为AZ31镁合金合金经不同细化剂处理后的XRD图谱； 图17为经不同细化剂处理的AZ31镁合金拉伸应力_应变曲线； 图18为经不同细化剂处理的AZ31镁合金合金的拉伸强度和延伸率； 图19为AZ61镁合金未经细化剂处理的金相组织； 图20为AZ61镁合金经Al_Mg_C晶粒细化剂处理的金相组织； 图21为AZ61镁合金经Al-Mg-Ca-C晶粒细化剂处理的金相组织； 图22为AZ61镁合金经Al_Mg-Sr_C晶粒细化剂处理的金相组织； 图23为AZ61镁合金合金经不同细化剂处理后的XRD图谱； 图24为AZ91镁合金未经细化剂处理的金相组织； 图25为AZ91镁合金经Al_Mg_C晶粒细化剂处理的金相组织； 图26为AZ91镁合金经Al-Mg-Ca-C晶粒细 剂处理的金相组织； 图27为AZ91镁合金经Al_Mg-Sr_C晶粒细化剂处理的金相组织； 图28为AZ91镁合金合金经不同细化剂处理后的XRD图谱。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明的技术特点，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，需要说明的是，实施例并不是对本发明保护范围的限制。
实施例l Al-Mg-Ca-C晶粒复合细化剂的制备 本实施例采用纯Al、纯Mg、 Mg-30% Ca中间合金以及石墨粉为原材料，制备了 Al-Mg-Ca-C晶粒复合细化剂。其中Mg-30% Ca中间合金的制备方法为将纯镁和纯Ca按 质量比7 : 3放入低碳钢坩锅，然后放入真空加入炉，抽真空并加热至75(TC，经熔化后将坩 锅取出并适当搅拌，浇铸入模具即得Mg-30X Ca中间合金。 Al-Mg-Ca-C晶粒复合细化剂制备方法为在750°C下熔化55g纯Al，按照配方 (Ca8. 1%，A1 55%，3% C，其余为Mg)加入27g的Mg-30X Ca中间合金以及15g纯Mg，获得 Al-Mg-Ca中间合金熔体；将Al-Mg-Ca中间合金熔体冷却至630°C ，并对其进行搅拌，搅拌速 度为400r/min，搅拌同时利用一长嘴漏斗往搅拌漩涡中心处缓慢加入粒度为8 15 y m的 石墨粉，加入量为3g，再搅拌3分钟，得到半固态熔体。浇铸此半固态熔体，即得本发明晶粒 复合细化剂Al-Mg-Ca-C。 实施例2 Al-Mg-Ca-C晶粒复合细化剂的制备 本实施例采用纯Al、纯Mg、 Mg-30% Ca中间合金以及石墨粉为原材料，制备了 Al-Mg-Ca-C晶粒复合细化剂。其制备方法为在70(TC下熔化50g纯Al，搅拌均匀，按照配 方(Ca 5%，A1 50% ，C 1 % ，其余为Mg)加入17g的Mg-30% Ca和32g纯Mg，获得Al-Mg-Ca 中间合金熔体；将Al-Mg-Ca中间合金熔体冷却至600°C，并对其进行搅拌，搅拌速度为 200r/min，搅拌同时利用一长嘴漏斗往搅拌漩涡中心处缓慢加入粒度为8 15ym的石墨 粉，加入量为lg，再搅拌3分钟，得到半固态熔体。浇铸此半固态熔体，即得本发明晶粒复合 细化剂Al-Mg-Ca-C。 实施例3 Al-Mg-Ca-C晶粒复合细化剂的制备 本实施例采用纯Al 、 Mg-30 % Ca中间合金以及石墨粉为原材料，制备了 Al-Mg-Ca-C晶粒复合细化剂。其制备方法为在80(TC下熔化60g纯Al，搅拌均匀，按照配 方(10.5XCa， Al 60%， C 5X，其余为Mg)加入35g的Mg-30 % Ca获得Al-Mg-Ca中间合 金熔体；将Al-Mg-Ca中间合金熔体冷却至650°C ，并对其进行搅拌，搅拌速度为500r/min， 搅拌同时利用一长嘴漏斗往搅拌漩涡中心处缓慢加入粒度为8 15iim的石墨粉，加入量 为5g，再搅拌3分钟，得到半固态熔体。浇铸此半固态熔体，即得本发明晶粒复合细化剂 Al-Mg-Ca-C。 实施例4 Al-Mg-Sr-C晶粒复合细化剂的制备 本实施例采用纯Al、纯Mg、 Mg-30% Sr中间合金以及石墨粉为原材料，制备了 Al-Mg-Sr-C晶粒复合细化剂。其中Mg-30% Sr中间合金的制备方法为将纯镁和纯Sr按 质量比7 : 3放入低碳钢坩锅，然后放入真空加入炉，抽真空并加热至75(TC，经熔化后将坩 锅取出并适当搅拌，浇铸入模具即得Mg-30X Sr中间合金。 其制备方法为在75(TC下熔化55g纯Al，按照配方(Sr 8. 1%，A1 55%，3%〇，其 余为Mg)加入27g的Mg-30 % Sr中间合金以及15g纯Mg，获得Al-Mg-Sr中间合金熔体；将 Al-Mg-Sr中间合金熔体冷却至63(TC，并对其进行搅拌，搅拌速度为400r/min，搅拌同时利 用一长嘴漏斗往搅拌漩涡中心处缓慢加入粒度为8 15 m的石墨粉，加入量为3g，再搅拌 3分钟，得到半固态熔体。浇铸此半固态熔体，即得本发明晶粒复合细化剂Al-Mg-Sr-C。
实施例5 Al-Mg-Sr-C晶粒复合细化剂的制备
本实施例采用纯Al、纯Mg、 Mg-30% Sr中间合金以及石墨粉为原材料，制备了 Al-Mg-Sr-C晶粒复合细化剂。其制备方法为在70(TC下熔化50g纯Al，搅拌均匀，按照配 方(Sr5X，Al 50% ，C 1 % ，其余为Mg)加入17g的Mg-30X Sr和32g纯Mg，获得A1-Mg-Sr中 间合金熔体；将Al-Mg-Sr中间合金熔体冷却至600°C ，并对其进行搅拌，搅拌速度为200r/ min，搅拌同时利用一长嘴漏斗往搅拌漩涡中心处缓慢加入粒度为8 15iim的石墨粉，加 入量为lg，再搅拌3分钟，得到半固态熔体。浇铸此半固态熔体，即得本发明晶粒复合细化 剂Al-Mg-Sr-C。 实施例6 Al-Mg-Sr-C晶粒复合细化剂的制备 本实施例采用纯Al、Mg-30X Sr中间合金以及石墨粉为原材料，制备了 Al-Mg-Sr-C晶粒复合细化剂。其制备方法为在80(TC下熔化60g纯Al，搅拌均匀，按照配 方(10.5XSr， Al 60%， C 5X，其余为Mg)加入35g的Mg-30% Sr获得Al-Mg-Sr中间合 金熔体；将Al-Mg-Sr中间合金熔体冷却至65(TC，并对其进行搅拌，搅拌速度为500r/min， 搅拌同时利用一长嘴漏斗往搅拌漩涡中心处缓慢加入粒度为8 15ym的石墨粉，加入量 为5g，再搅拌3分钟，得到半固态熔体。浇铸此半固态熔体，即得本发明晶粒复合细化剂 Al-Mg-Sr-C。 实施例7 Al-Mg-C晶粒复合细化剂的制备 为对比说明复合细化剂的细化效果，本实施例采用纯Al、纯Mg以及石墨粉为原材 料，制备了仅含C的A1-Mg-C晶粒细化剂。其制备方法为在75(TC下熔化55g纯Al，按照 配方(Al 55%，3% C，其余为Mg)加入42g纯Mg，获得Al-Mg中间合金熔体；将A1-Mg中间 合金熔体冷却至63(TC，并对其进行搅拌，搅拌速度为400r/min，搅拌同时利用一长嘴漏斗 往搅拌漩涡中心处缓慢加入粒度为8 15ym的石墨粉，加入量为3g，再搅拌3分钟，得到 半固态熔体。浇铸此半固态熔体，即得仅含C的Al-Mg-C晶粒细化剂Al-Mg-C。
为检验本发明中所制备的Al-Mg-Ca-C和Al-Mg-Sr-C复合细化剂的细化效果 及其应用范围，下述实施例8、9、10和11分别对Mg-3A1、 AZ31、 AZ61和AZ91合金使用 Al-Mg-Ca-C、 Al-Mg-Sr-C复合细化剂和仅含C的Al-Mg-C细化剂进行细化处理，并检验其 细化效果。 实施例8 :Mg-3Al合金的晶粒细化处理 本发明选择了石墨粉作为碳源以保证A1^晶核生成，同时选择碱土金属作为 Mg晶粒生长抑制元素，图1、图2给出了实施例1和实施例4制备得到的Al-Mg-Ca-C和 Al-Mg-Sr-C两种复合晶粒细化剂的XRD分析结果。对于两种中间合金，在其中均生成了 A14C3相，同时还存在单质C，即石墨。而对于合金元素Ca或Sr，在制备过程均与Al反应生 成了 Al4Ca、AlSr、Al4Sr等金属间化合物。 为了对比说明本发明Al-Mg-Ca-C和Al_Mg-Sr_C两种复合晶粒细化剂的显著效 果，本发明实施例7制备了仅含碳的Al-Mg-C晶粒细化剂，图3为Al-Mg-C细化剂的XRD图 谱。在该合金中，同样存在A14C3相，同时还存在单质C，即石墨。 首先选择仅含3% Al的Mg-3A1合金利用上述三种晶粒细化剂进行处理，Mg_3Al 合金为工业生产中最常用的变形镁合金AZ31的基础成分。 首先称取50g的纯Mg并在75(TC熔化，随后分别加入纯Al并熔化形成Mg-Al熔体。 需要值得注意的是，由于所用晶粒细化剂中均含有A1，因此在进行熔化配比时需要考虑所加入的细化剂中的Al元素含量。对Mg-Al熔体搅拌除熔渣后加入细化剂，加入量为Mg-Al 熔体质量的1. 0 1. 2% 。本实施例中加入的细化剂分别为实施例1、例4和例7制备而得。 加入量控制的基本原则为保证细化效果的基础上无石墨残留，且无明显的含Ca或Sr的金 属间化合物生长。细化剂加入熔体后保温lOmin后手动人工搅拌，保证石墨粉在Mg-Al熔体 中均匀分散促使C与Al生成A14C3相。搅拌后熔体仍需继续保温lOmin，保证足够的A14C3 颗粒生成并作为Mg晶粒的形核核心。 对于Al-Mg-C细化剂，当加入Mg-Al熔体后，单质C将与Mg-Al熔体中的Al发生 如下反应 4A1+3C = A14C3 (1) A14C3相的熔点(> 2000°C )很高，在Mg-Al熔体中具有很高的稳定性，因此对于 Al-Mg-C中存在的A14C3相将随同熔体中新生成的A14C3相弥散进入Mg-Al熔体中，并作为 Mg晶粒的形核核心，大量A14C3颗粒的存在将会促进Mg晶粒的细化。 而对于Al-Mg-Ca-C和Al_Mg-Sr_C复合细化剂，同样会存在1式所示的反应并生
成Al4C3相，同时在细化剂中固有存在Al4C3相，最终均将弥散均匀分布在Mg-Al熔体中并促
进Mg晶粒的细化；另一方面，对于两种细化剂中存在的Al^a、AlSr、Al4Sr等相，对比A1-Ca
和Mg-Ca相图、Al-Sr和Mg-Sr相图可知，在740 760°C的温度范围内，这些金属间化合物
均会发生如下分解反应 Al4Ca = 4A1+Ca (2) AlSr = Al+Sr (3) Al4Sr = 4A1+Sr (4) 并在熔体中以单质Ca或Sr的形式存在。经分解后熔体中Ca和Sr的浓度取决于 加入后的保温温度和保温时间及其加入量。Ca或Sr加入量控制的基本原则为在充分发挥 细化效果的前提下保证无明显的含Ca或Sr的金属间化合物生成。 为进一步对比含C细化剂(包括Al-Mg-C、 Al-Mg-Sr-C和Al-Mg-Ca-C)的细化效 果，本实施中还利用Mg-30X Ca和Mg-30% Sr合金对Mg-3A1合金进行细化处理，其中Ca 和Sr的加入量与复合细化剂中Ca和Sr的加入量相当。 图4、5、6、7、8和9分别给出了未细化的Mg_3Al，以及Mg-3Al合金分别经Al-Mg-C 细化剂、Mg-30% Ca及Mg-30% Sr中间合金、以及Al-Mg-Ca-C和Al-Mg-Sr-C复合细化剂 处理后的金相组织照片。比较晶粒尺寸可以看出，经仅含C的细化剂处理后，其细化程度为 3倍(本发明中将未细化处理合金的晶粒尺寸与细化后晶粒尺寸的比值定义为细化程度)。 而对于仅添加Ca和Sr的Mg-3A1合金，其细化效果比经C细化的Mg-3A1合金略差。而对 于经含C和碱土金属(Ca和Sr)的复合细化剂处理后，其细化程度进一步提高，细化程度可 达5倍。可见，碳质孕育可有效细化Mg-3Al合金，而在碳和碱土金属的复合作用下可取得 更加优异的细化效果。 实施例9 :AZ31镁合金的晶粒细化处理 AZ31镁合金是应用最为广泛的变形镁合金，其成分为2. 8 3. 2% A1、0. 6 0. 9% Zn、0. 2 0. 3% Mn，其余为Mg。该合金是在Mg-3A1合金的基础上再复合少量的Zn 和Mn，加入Zn的目的在于提高其强度，而Mn主要是为了消除镁合金中Fe的不利影响。
利用Al-Mg-C、 Al-Mg-Ca-C和Al-Mg-Sr-C三种细化剂分别对AZ31镁合金进行细
8化处理。细化处理前的处理过程与实施例8基本相同，稍有不同之处在于在细化处理之前 需要添加纯Zn和Mg-Mn中间合金进行Zn和Mn合金化处理。细化处理工艺与实施例8相 同。细化处理后在熔体中的基本反应和细化机理与实施例8基本相同。
图10、 11、 12、 13、 14和15分别给出了未细化的AZ31合金，以及AZ31合金分别经 Al-Mg-C细化剂、Mg-30X Ca及Mg-30% Sr中间合金、以及Al-Mg-Ca-C和Al-Mg-Sr-C复合 细化剂处理后的金相组织照片。比较晶粒尺寸可以看出，与未细化的AZ31合金相比，仅含 C的细化处理后，AZ31合金晶粒明显细化，其细化程度为3倍。而对于仅添加Ca和Sr的 AZ31合金，其细化效果比经C细化的AZ31合金略差。而对于经Al-Mg-Ca-C和Al-Mg-Ca-C 复合细化剂细化处理的AZ31合金，其晶粒尺寸进一步细化，其细化程度进一步提高到4倍。 可见，对于AZ31镁合金，碳质孕育也显著细化其晶粒尺寸，而经碳和碱土金属的复合细化 处理后可取得更加优异的细化效果。 图16给出了未细化的AZ31，以及AZ31合金分别经A1-Mg-C细化剂、A1-Mg-Ca-C和 Al-Mg-Sr-C复合细化剂处理后的XRD图谱。对于AZ31合金，其相组成主要为Mg和Mg17Al12， 经细化剂处理后，其相组成无明显变化，仍主要由Mg和Mg17Al12组成。可见，对于AZ31镁合 金，经上述三种细化剂处理后其相组成不会发生显著变化。 在本实施例中，利用拉伸试验机测定了未细化的AZ31合金，以及AZ31合金分别经 Al-Mg-C细化剂、Mg-30X Ca及Mg-30% Sr中间合金、以及Al-Mg-Ca-C和Al-Mg-Sr-C复合 细化剂处理的AZ31镁合金的强度性能，如图应图17和图18中的所示。图17和图18中的 a、b、c、d、e和f分别对应未细化的AZ31合金、以及分别经Al_Mg-C、Mg-30% Ca及Mg-30% Sr中间合金、以及Al-Mg-Ca-C和Al-Mg-Sr-C细化处理的AZ31合金。其中图17为拉伸应 力应变曲线，而图18为平均拉伸强度和延伸率。结果表明，与未处理试样相比，经单独碳变 质细化的AZ31镁合金强度和延伸率均有所提高，而经碳和碱土金属复合细化处理后，其强 度和延伸率均进一步提高，提高幅度分别约为20%和40%。
实施例10 :AZ61镁合金的晶粒细化处理 AZ61镁合金是AZ系镁合金种另一种常见的变形镁合金，与AZ31相比，其Al含量 较高。其基本成分为5. 8 6. 2% A1、0. 6 0. 9% Zn、0. 2 0. 3% Mn，其余为Mg。
分别利用实施例7、实施例1和实施例4制备的Al-Mg-C、 Al-Mg-Ca-C和 Al-Mg-Sr-C三种细化剂对AZ61镁合金进行细化处理。熔体细化处理前后的工艺过程与实 施例8和实施例9相同，细化处理后在熔体中的基本反应和细化机理与实施例8基本相同。
图19、20、21和22给出了未细化的AZ61，以及AZ61合金分别经仅含C的Al-Mg-C 细化剂、以及A1-Mg-Ca-C和A1-Mg-Sr-C两种复合细化剂处理后的金相组织照片。比较晶粒 尺寸可以看出，与未处理的AZ61相比，经细化处理后的AZ61镁合金，其晶粒尺寸明显细化。 但经三种细化剂处理的AZ61镁合金其晶粒尺寸无明显区别，与未处理AZ61镁合金相比，其 细化程度均为3倍左右。可见，对于AZ61镁合金，碳质孕育也可显著细化其晶粒尺寸，但是 将碱土金属与碳复合细化不能进一步提高其细化效果。 图23给出了未细化的AZ61，以及AZ61合金分别经仅含C的Al-Mg-C细化剂、以及 Al-Mg-Ca-C和Al-Mg-Sr-C两种复合细化剂处理后的XRD图谱。对于AZ61合金，其相组成 主要为Mg和Mg17Al12，经细化剂处理后，其相组成无明显变化，仍主要由Mg和Mg17Al12组成。 可见，对于AZ61镁合金，经上述三种细化剂处理后其相组成不会发生显著变化。
实施例11 :AZ91镁合金的晶粒细化处理 AZ91镁合金是AZ系镁合金中应用非常广泛的铸造镁合金，其成分为8.8 9. 2% A1、0. 6 0. 9% Zn、0. 2 0. 3% Mn，其余为Mg。该合金的主要特点是A1含量高，接 近共晶成分，具有铸造性能好，强度高等优点。 本实施例中分别利用实施例7、实施例1和实施例4制备的Al-Mg-C、 Al-Mg-Ca-C 和Al-Mg-Sr-C三种细化剂对AZ91镁合金进行细化处理。熔体细化处理前后的工艺过程与 实施例8和9相同，细化处理后在熔体中的基本反应和细化机理与实施例8基本相同。
图24、25、26和27分别给出了未细化的AZ91，以及AZ91合金分别经仅含C的 Al-Mg-C细化剂、以及Al-Mg-Ca-C和Al-Mg-Sr-C两种复合细化剂处理后的金相组织照片。 对于AZ91镁合金，因较高的Al含量，其晶粒尺寸较小。与未处理的AZ91镁合金相比，经细 化剂处理的AZ91镁合金其晶粒尺度仅有少许细化，其细化程度均为1. 2倍左右。可见，对 于AZ91镁合金，其本身的晶粒度细小，单独的碳质孕育细化或者碱土金属与碳复合细化对 其晶粒尺寸的影响均较小，细化效果不显著。 图28给出了未细化的AZ91，以及AZ91合金分别经仅含C的Al-Mg-C细化剂、以及 Al-Mg-Ca-C和Al-Mg-Sr-C两种复合细化剂处理后的XRD图谱。对于AZ91合金，其相组成 主要为Mg和Mg17Al12，经细化剂处理后，其相组成无明显变化，仍主要由Mg和Mg17Al12组成。 可见，对于AZ91镁合金，经上述三种细化剂处理后其相组成不会发生显著变化。
权利要求
一种用于Mg-Al合金的晶粒复合细化剂，其特征在于，含有以下成分的重量百分比为Al50～60％；C 1～5％；Ca或Sr5～10.5％；余量为Mg。
2. 制备权利要求l所述的用于Mg-Al合金的晶粒复合细化剂的方法，其特征在于，具体 包括以下步骤(1) 在700 80(TC下熔化纯Al，按配方加入Mg-Ca或Mg-Sr中间合金，不足的Mg以纯 Mg形式加入，获得Al-Mg-Ca或Al-Mg-Sr中间合金熔体；(2) 将Al-Mg-Ca或Al-Mg-Sr中间合金熔体冷却至600 650°C ，搅拌的同时，按配方 缓慢加入石墨粉，再搅拌2 4分钟，得到半固态熔体；(3) 将半固态熔体浇注，即得本发明晶粒复合细化剂。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述石墨粉的粒度在8 15 m。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述搅拌的速度均为200 500r/min。
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述配方为各成分的重量百分比Al 50 60% ;C 1 5% ;Ca或Sr5 10. 5% ;余量为Mg。
6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述石墨粉在搅拌漩涡中心上方加入。
全文摘要
本发明公开了一种Mg-Al合金用晶粒复合细化剂及其制备方法。所述复合细化剂的成分为50～60％Al、1～5％C、5～10.5％Ca或5～10.5％Sr，余量为Mg。制备方法为在700～800℃下熔化纯Al，按配方加入Mg-Ca或Mg-Sr中间合金，不足的Mg以纯Mg形式加入，获得Al-Mg-Ca或Al-Mg-Sr中间合金熔体，然后将熔体降至600～650℃，并利用半固态搅拌法使石墨粉均匀分散进入熔体后浇注制得本发明复合晶粒细化剂。本发明细化剂制备方法简单，易于批量生产，加入量易于控制，无污染物排出，对于低Al含量的Mg-Al合金细化效果尤其显著。
文档编号C22C1/06GK101774013SQ20101011711
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月26日 优先权日2010年2月26日
发明者李文芳, 杜军 申请人:华南理工大学