一种镁锂铝硅合金板的制备方法

文档序号:3295744阅读:141来源:国知局
一种镁锂铝硅合金板的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种镁锂铝硅合金板的制备方法,是针对镁锂合金强度低、耐腐蚀性和热稳定性差的情况,在镁锂合金中掺杂铝、硅,经制备铝硅共晶合金、真空感应炉熔炼、铜模吸铸、辊轧成型,制成镁锂铝硅合金板,此制备方法工艺先进,数据翔实,产物纯度度好,质量高,耐腐蚀性和热稳定性好,抗拉强度达389MPa,可在多种【技术领域】应用,是十分理想的镁锂铝硅合金板的制备方法。
【专利说明】一种镁锂铝硅合金板的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镁锂铝硅合金板的制备方法,属有色金属增强制备及应用的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]镁锂合金是最轻的有色金属结构材料,具有较高的比刚度、比强度,具有优良的磁屏蔽、防震及切削加工性能,在电子、航空航天及军工领域得到了应用;但由于镁锂合金存在强度低、耐腐蚀性和热稳定性差,不能单独使用,极大的制约了镁锂合金的使用范围。
[0003]为了提高镁锂合金的强度、耐腐蚀性和热稳定性,常在镁锂合金中掺杂铝锌或稀土物质,进行合金化,但铝锌混合掺杂会使镁锂合金的塑性恶化,限制了镁锂合金达到更高强度;如果在镁锂合金中掺杂稀土元素,工艺较复杂,成本高,价格较昂贵,不能规模化生产。

【发明内容】

[0004]发明目的
本发明的目的是针对【背景技术】的不足,采用在镁锂合金中掺杂铝、硅的方法,经铜模吸铸、辊轧成型,制成镁锂铝硅合金板,以大幅度提高镁锂合金的强度、耐腐蚀性和热稳定性,扩大镁锂的使用范围。
[0005]技术方案
本发明使用的化学物质材 料为:镁块、锂块、铝块、硅块、丙酮、氩气、砂纸,其组合准备用量如下:以毫米、克、毫升、厘米3为计量单位镁块:Mg21.5g±0.01g,
锂块:Li2g±0.01g
铝块:Al26.22g±0.01g
硅块:Si3.78g ±0.01g
丙酮:C3H6O1000mLilOmL
IS气:Ar40000cm3± IOOcm3
砂纸:SiC,400 目 200mmX0.5mmX300mm 2 张
制备方法如下:
(I)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度控制;
镁块:固态固体 99.8%
锂块:固态固体 99.9%
铝块:固态固体 99.8%
娃块:固态固体 99.8%
丙酮:液态液体 99.9%氩气:气态气体 99.9%
砂纸:固态纸状
(2)制备铝硅共晶合金
制备铝硅共晶合金是在真空感应熔炼炉中进行的;
①称取铝块26.22g±0.01g、硅块3.78g ±0.01g,加入真空感应熔炼炉的熔炼坩埚
中;
②抽取真空感应熔炼炉内空气,使炉内气压<IPa;
③向真空感应熔炼炉内输入氩气,氩气输入速度为80cm3/min,使炉内压强保持在
0.1MPa ;
④开启真空感应熔炼炉加热器,加热铝块、硅块,加热温度577°C±2°C,在此温度恒温、保温、熔炼5min,成铝硅共晶熔液;
⑤熔炼后关闭加热器,使共晶溶液随炉冷却至25°C;
⑥开启真空感应熔炼炉,取出熔炼坩埚及其内的共晶合金块,即铝硅共晶合金;
⑦清理、清洗铝硅共晶合金表面,用砂纸打磨铝硅共晶合金表面,去除表面氧化层,然后用丙酮清洗,清洗后晾干;
(3)制备开合式模具
开合式模具呈矩形,用黄铜材料制作,模具型腔尺寸为12mmX6mmX80mm,型腔表面粗糙度为 Ra0.08-0.16 μ m ;
(4)制备镁锂铝硅合金锭
镁锂铝硅合金锭的制备是在真空感应熔炼炉内进行的,是在加热熔炼、氩气保护、外水循环冷却、铜模吸铸下完成的;
①称取镁块21.5g±0.01g、锂块2g±0.01g、铝硅共晶合金1.5g±0.01g,加入真空感应熔炼炉的熔炼坩埚中;
②关闭真空感应熔炼炉,抽取炉内空气,使炉内压强<IPa ;
③向真空感应熔炼炉输入氩气,氩气输入速度为80cm3/min,使炉内压强保持在
0.1MPa ;
④开启感应熔炼炉的高频感应加热机,加热温度710°C±2°C,在此温度恒温、保温、熔炼5min,成镁锂铝硅合金熔液;
⑤开启真空感应熔炼炉的负压控制器,将熔炼坩埚内的镁锂铝硅合金熔液抽吸到开合式模具内;
⑥关闭真空感应熔炼炉的高频感应加热机,关闭氩气瓶,使开合式模具内的镁锂铝硅合金液随炉冷却至25°C ;
⑦开模,取出铸锭,打开开合式模具,取出铸锭,即镁锂招娃合金锭;
(5)轧制镁锂铝硅合金锭
镁锂铝硅合金锭的轧制是在立式辊轧机上进行的,是在轧辊相向施压状态下完成的;
①将镁锂铝硅合金锭置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间,调整好辊轧距离;
②开启上轧辊的施压电机和下轧辊的转动机构,下轧辊的转动方向为正向顺时针转动,上轧辊的转动方向为反向逆时针转动,由左向右轧制,轧制速度为40mm/s,轧制道次为3道次;轧制后为镁锂招娃合金板;(6)切制镁锂铝硅合金板
将镁锂铝硅合金板置于数控线切割机床上,切制周边,成矩形;
(7)低温回火
将镁锂招娃合金板置于回火炉中进行回火,回火温度100°C,回火时间60min ;
(8)打磨、清洗
将镁锂铝硅合金板置于钢质平板上,用砂纸打磨周边及各部,然后用丙酮清洗,清洗后晾干;
(9)检测、分析、表征
对制备的镁锂铝硅合金板的形貌、色泽、化学成分、金相组织、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征;
用金相显微镜和扫描电子显微镜及X射线能谱仪进行显微组织观察和化学成分分析; 用电子万能试验机进行抗拉强度分析;
结论:镁锂铝硅合金板为矩形,为银灰色,抗拉强度达389MPa。
[0006]有益效果
本发明与【背景技术】发明相比具有明显的先进性,是针对镁锂合金强度低、耐腐蚀性和热稳定性差的情况,采用在镁锂铝硅合金中掺杂铝、硅,经制备铝硅共晶合金、真空感应炉熔炼、铜模吸铸、辊轧成型, 制成镁锂铝硅合金板,此制备方法工艺先进,数据准确翔实,产物纯度好,质量高,耐腐蚀性和热稳定性好,抗拉强度可达389MPa,可在多种【技术领域】应用,是十分理想的镁锂铝硅合金板的制备方法。
【专利附图】

【附图说明】
[0007]图1.镁锂铝硅合金熔炼、铜模吸铸状态图 图2.镁锂铝硅合金板辊轧状态图
图3.镁锂铝硅合金板横切面形貌图 图4.镁锂铝硅合金板衍射强度图谱 图中所示,附图标记清单如下:
1、炉架,2、炉座,3、第一左立柱,4、第一右立柱,5、石英炉体,6、外循环冷却管,7、熔炼坩埚,8、镁锂铝硅合金液,9、真空室,10、真空泵,11、真空管,12、真空阀,13、氩气瓶,14、氩气管,15、氩气阀,16、氩气,17、铜模具,18、垫块,19、电磁开关阀,20、吸管,21、模具盖,22、负压控制器,23、高频感应加热机,24、加热管,25、热通道,26、顶座,27、第二左立柱,28、第二右立柱,29、施压电机,30、调节手柄,31、工作台,32、下轧辊转动机构,33、下轧辊,34、上轧辊,35、上轧辊施压从动机构,36、镁锂铝硅合金板,37、电控箱,38、显示屏,39、指示灯,40、施压电机控制器,41、转动机构控制器,42、底座。
【具体实施方式】
[0008]以下结合附图对本发明做进一步说明:
图1所示,为镁锂铝硅合金熔炼、铜模吸铸状态图,各部位置,联接关系要正确,按量配t匕,按序操作。
[0009]制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的,以克、毫升、毫米、厘米3为计量单位。
[0010]镁锂铝硅合金锭的制备是在真空感应熔炼炉内进行的,是在加热熔炼、氩气保护、外水循环冷却、铜模吸铸下完成的;
真空感应熔炼炉为立式,由炉架1、炉座2、第一左立柱3、第一右立柱4组成整体支撑结构;在炉架I的中间位置设有石英炉体5,在石英炉体5的外部设有外水循环冷却管6,在石英炉体5的内部置放熔炼坩埚7,熔炼坩埚7内为镁锂铝硅合金液8,石英炉体5内由氩气16填充;在石英炉体5的下部设有真空室9,真空室9右下部设有真空管11,并联接真空阀12、真空泵10 ;在真空室9右上部设有氩气管14,并联接氩气阀15、氩气瓶13 ;在真空室9的下部设有加热管24,加热管24左部联接高频感应加热机23、右上部与热通道25、石英炉体5联通;真空室9内由氩气16充填;在石英炉体5的上部设有垫块18,垫块18上设有电磁开关阀19,并联接吸管20 ;在垫块18上部为铜模具17,铜模具17上部为模具盖21,模具盖21上部设有负压控制器22,铜模具17内为镁锂铝硅合金液8。
[0011]图2所示,为镁锂铝硅合金板辊轧状态图,各部位置、联接关系要正确,按序操作。
[0012]镁锂铝硅合金板的辊轧是在立式辊轧机上进行的,是在轧辊相向施压过程中完成的;
立式辊轧机的下部为底座42,上部为顶座26,底座42与顶座26之间由第二左立柱27、第二右立柱28支撑;在顶座26的上部设有施压电机29 ;在底座42的上部设有工作台31,在工作台31上部设置下轧辊转动机构32,下轧辊转动机构32上部为下轧辊33 ;在顶座26的下部设有上轧辊施压从动机构35,上轧辊施压从动机构35下部为上轧辊34 ;在顶座26与上轧辊施压从动机构35之间 设有调节手柄30 ;在下轧辊33、上轧辊34之间置放镁锂铝娃合金板36 ;下轧棍33的转动方向为顺时针,上轧棍34的转动方向为逆时针,镁锂招娃合金板36的辊轧方向为由左向右辊轧。
[0013]图3所示,为镁锂铝硅合金板横切面形貌图,图中可见:镁锂铝硅合金板金相组织由长条状的灰色的α -Mg和黑色β -Li基体组成,在β -Li基体里含有细小的颗粒状AlLi相,亮色絮状的为Mg2Si相,由于细小的颗粒状AlLi相和Mg2Si相的弥散分布,使镁锂铝硅合金性能大幅度提闻。
[0014]图4所示,为镁锂铝硅合金板的衍射强度图谱,图中分析可知:镁锂铝硅合金中主要为α-Mg相、β-Li相、AlLi相和Mg2Si相。
【权利要求】
1.一种镁锂铝硅合金板的制备方法,其特征在于:使用的化学物质材料为:镁块、锂块、铝块、硅块、丙酮、氩气、砂纸,其组合准备用量如下:以毫米、克、毫升、厘米3为计量单位镁块:Mg21.5g±0.01g, 锂块:Li2g±0.01g 铝块:Al26.22g±0.01g 硅块:Si3.78g ±0.01g 丙酮:C3H6O1000mLilOmL IS气:Ar40000cm3± IOOcm3
砂纸:SiC,400 目 200mmX0.5mmX300mm 2 张 制备方法如下: (1)精选化学物质材料 对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度控制; 镁块:固态固体 99.8% 锂块:固态固体 99.9% 铝块:固态固体 99.8% 娃块:固态固体 99.8% 丙酮:液态液体 99.9% 氩气:气态气体 99.9% 砂纸:固态纸状 (2)制备铝硅共晶合金 制备铝硅共晶合金是在真空感应熔炼炉中进行的;①称取铝块26.22g±0.01g、硅块3.78g ±0.01g,加入真空感应熔炼炉的熔炼坩埚中; ②抽取真空感应熔炼炉内空气,使炉内气压<IPa; ③向真空感应熔炼炉内输入氩气,氩气输入速度为80cm3/min,使炉内压强保持在.0.1MPa ; ④开启真空感应熔炼炉加热器,加热铝块、硅块,加热温度577°C±2°C,在此温度恒温、保温、熔炼5min,成铝硅共晶熔液; ⑤熔炼后关闭加热器,使共晶溶液随炉冷却至25°C; ⑥开启真空感应熔炼炉,取出熔炼坩埚及其内的共晶合金块,即铝硅共晶合金; ⑦清理、清洗铝硅共晶合金表面,用砂纸打磨铝硅共晶合金表面,去除表面氧化层,然后用丙酮清洗,清洗后晾干; (3)制备开合式模具 开合式模具呈矩形,用黄铜材料制作,模具型腔尺寸为12mmX6mmX80mm,型腔表面粗糙度为 Ra0.08-0.16 μ m ; (4)制备镁锂铝硅合金锭 镁锂铝硅合金锭的制备是在真空感应熔炼炉内进行的,是在加热熔炼、氩气保护、外水循环冷却、铜模吸铸下完成的;①称取镁块21.5g±0.01g、锂块2g±0.01g、铝硅共晶合金1.5g±0.01g,加入真空感应熔炼炉的熔炼坩埚中; ②关闭真空感应熔炼炉,抽取炉内空气,使炉内压强<IPa ; ③向真空感应熔炼炉输入氩气,氩气输入速度为80cm3/min,使炉内压强保持在0.1MPa ; ④开启感应熔炼炉的高频感应加热机,加热温度710°C±2°C,在此温度恒温、保温、熔炼5min,成镁锂铝硅合金熔液; ⑤开启真空感应熔炼炉的负压控制器,将熔炼坩埚内的镁锂铝硅合金溶液抽吸到开合式模具内; ⑥关闭真空感应熔炼炉的高频感应加热机,关闭氩气瓶,使开合式模具内的镁锂铝硅合金液随炉冷却至25°C ; ⑦开模,取出铸锭,打开开合式模具,取出铸锭,即镁锂铝硅合金锭; (5)轧制镁锂铝硅合金锭 镁锂铝硅合金锭的轧制是在立式辊轧机上进行的,是在轧辊相向施压状态下完成的; ①将镁锂铝硅合金锭置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间,调整好辊轧距离; ②开启上轧辊的施压电机和下轧辊的转动机构,下轧辊的转动方向为正向顺时针转动,上轧辊的转动方向为反向逆时针转动,由左向右轧制,轧制速度为40mm/s,轧制道次为3道次;轧制后为镁锂招娃合金板; (6)切制镁锂铝硅合金板 将镁锂铝硅合金板置于数控线切割机床上,切制周边,成矩形; (7)低温回火 将镁锂招娃合金板置于回火炉中,进行回火,回火温度100°C,回火时间60min ; (8)打磨、清洗 将镁锂铝硅合金板置于钢质平板上,用砂纸打磨周边及各部,然后用丙酮清洗,清洗后晾干; (9)检测、分析、表征 对制备的镁锂铝硅合金板的形貌、色泽、化学成分、金相组织、化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征; 用金相显微镜和扫描电子显微镜及X射线能谱仪进行显微组织观察和化学成分分析; 用电子万能试验机进行抗拉强度分析; 结论:镁锂铝硅合金板为矩形,为银灰色,抗拉强度达389MPa。
2.根据权利要求1所述的一种镁锂铝硅合金板的制备方法,其特征在于:镁锂铝硅合金锭的制备是在真空感应熔炼炉内进行的,是在加热熔炼、氩气保护、外水循环冷却、铜模吸铸下完成的; 真空感应熔炼炉为立式,由炉架(1),炉座(2),第一左立柱(3),第一右立柱(4)组成整体支撑结构;在炉架(1)的中间位置设有石英炉体(5),在石英炉体(5)的外部设有外水循环冷却管(6),在石英炉体(5)的内部置放熔炼坩埚(7),熔炼坩埚(7)内为镁锂铝硅合金液(8),石英炉体(5)内由氩气(16)填充;在石英炉体(5)的下部设有真空室(9),真空室(9)右下部设有真空管(11),并联接真空阀(12)、真空泵(10);在真空室(9)右上部设有氩气管(14),加热管(24)左部联接氩气阀(15)、氩气瓶(13),右上部与热通道(25)、石英炉体(5)联通;在真空室(9)的下部设有加热管(24),加热管(24)左部联接高频感应加热机(23)、右上部与加热通道(25)、石英炉体(5)联通;真空室(9)内由氩气(16)充填;在石英炉体(5)的上部设有垫块(18),垫块(18)上设有电磁开关阀(19),并联接吸管(20);在垫块(18)上部为铜模具(17),铜模具(17)上部为模具盖(21),模具盖(21)上部设有负压控制器(22),铜模具(17)内为镁锂铝硅合金液(8)。
3.根据权利要求1所述的一种镁锂铝硅合金板的制备方法,其特征在于:镁锂铝硅合金板的辊轧是在立式辊轧机上进行的,是在轧辊相向施压过程中完成的; 立式辊轧机的下部为底座(42),上部为顶座(26),底座(42)与顶座(26)之间由第二左立柱(27)、第二右立柱(28)支撑;在顶座(26)的上部设有施压电机(29);在底座(42)的上部设有工作台(31),在工作台(31)上部设置下轧辊转动机构(32),下轧辊转动机构(32)上部为下轧辊(33);在顶座(26)的下部设有上轧辊施压从动机构(35),上轧辊施压从动机构(35)下部为上轧辊(34);在顶座(26)与上轧辊施压从动机构(35)之间设有调节手柄(30);在下轧辊(33)、上轧辊(34)之间置放镁锂铝硅合金板(36);下轧辊(33)的转动方向为顺时针,上轧辊( 34)的转动方向为逆时针,镁锂铝硅合金板(36)的辊轧方向为由左向右辊轧。
【文档编号】C22C21/08GK103602861SQ201310562089
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】梁伟, 陈志强, 李线绒, 边丽萍, 史权新, 王一德 申请人:太原理工大学
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