[发明专利]一种镁合金半固态坯料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料的技术领域，涉及金属材料的加工方法，更具体地说，本发明涉及一种镁合金半固态坯料的制备方法。

背景技术

镁合金是密度最小的结构金属材料，具有刚度好，比强度高，减振性优良等特性。鉴于这些特点，镁合金的应用获得了人们的极大关注，由于“节能、环保、可再生、轻量化”理念的深化，镁合金已成为首选的工业应用金属材料。

过去，镁合金应用仅限于航空航天。近来，随着镁合金生产技术的发展，各种镁合金成型加工方法的发展和完善，使镁合金作为结构材料的应用越来越广泛，引起制造业相关人员的极大兴趣。特别是现在大家对“节能、环保”的高度共识，更扩大了镁合金的应用领域。现在，镁合金在汽车、电子器件、体育用品、日用品等都显示出广阔的应用前景。

近几年，镁合金的各种成型加工技术有了长足发展，许多先进的成型技术被开发出来。如，过去传统的压铸成型法，现在已经发展到真空压铸、充氧压铸。而在当前的成型加工技术中，半固态技术，引起材料界和工程界的极大兴趣。由于镁合金在熔炼处理过程中，容易产生氧化、燃烧，在安全性方面存在隐患。而半固态技术，为镁合金解决这些问题提供了解决的方案。

在20世纪70年代以来，半固态成型技术(Semi-SolidForming)得到迅速发展。经过近30年的研究开发，半固态技术已经部分应用于商业生产。现在，半固态主要应用在轻金属及其合金。其中，铝合金的研究较系统而全面，而镁合金的半固态成型技术，主要集中在几种常用铸造用合金上。

到现在为止，镁合金半固态成型技术有多种方法，总体的可以分为流变成型(Rheoforming)、触变成型(Thixoforming)和注射成型(Injectionforming)。

经过加热熔炼的合金原料液体通过机械搅拌、电磁搅拌或其他复合搅拌，在结晶凝固过程中形成半固态浆料，接下来的工艺分为两种：

一种是将半固态浆料直接压入模具腔进而压铸成形或对半固态浆料进行直接轧制、挤压等加工方式成形，即流变成形(Rheoforming)。

另一种是将半固态浆料制成锭坯，经过重新加热至半固态温度，形成半固态浆料再进行成形加工，即触变成形(Thixoforming)。

而注射成型(Injectionforming)，是直接把熔化的金属液冷却至适宜的温度，并辅以一定的工艺条件，使合金液成为半固态状，半固态料压射入型腔成形。

在上述介绍的半固态成型技术中，得以较深入研究和快发展的成型技术是触变成型。现在已经进入工业应用，但是在半固态坯料的制备方面，还有许多需要研究开发的内容，特别是半固态材料的批量稳定优质生产仍然存在较多需要改进的问题。在市场上出售的半固态坯料价格高昂，且形成垄断性质，致使半固态的工业应用领域狭窄。

为了降低成本，优化工艺，针对半固态坯料的制备，开发出多种制备工艺，但是成本仍然居高不下，工艺的稳定性也较难以保证。

目前，半固态坯料的制备方法有：机械搅拌法、电磁搅拌法、应变诱发熔化激活法。

机械搅拌是制备半固态合金最早使用的方法。Flemings等人用一套由同心带齿内外筒组成的搅拌装置(外筒旋转，内筒静止)，成功地制备了锡-铅合金半固态浆液。后人又对搅拌器进行了改进，通过改进，改善了浆液的搅拌效果，强化了型内金属液的整体流动强度，并使金属液产生向下压力，促进浇注，提高了铸锭的力学性能。

电磁搅拌是利用旋转电磁场在金属液中产生感应电流，金属液在洛伦磁力的作用下产生运动，从而达到对金属液搅拌的目的。目前，主要有两种方法产生旋转磁场：一种是在感应线圈内通交变电流的传统方法；另一种是旋转永磁体法，其优点是电磁感应器由高性能的永磁材料组成，其内部产生的磁场强度高，通过改变永磁体的排列方式，可使金属液产生明显的三维流动，提高了搅拌效果，减少了搅拌时的气体卷入。

应变诱发熔化激活法是将常规铸锭经过预变形。如进行挤压、滚压等热加工制成半成品棒料，这时的显微组织具有强烈的拉长形变结构，然后加热到固液两相区等温一定时间，被拉长的晶粒变成了细小的颗粒，随后快速冷却，获得非枝晶组织铸锭。应变诱发熔化激活法适用于各种高、低熔点的合金系列，尤其对制备较高熔点的非枝晶合金具有独特的优越性，已成功应用于不锈钢、工具钢和铜合金、铝合金系列，获得了晶粒尺寸20um左右的非枝晶组织合金，正成为一种有竞争力的制备半固态成形原材料的方法。但是，它的最大缺点是制备的坯料尺寸较小，工艺参数要求严格，辅助设备多。