[发明专利]Mg-Al-C中间合金及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种细化镁合金凝固晶粒的Mg-Al-C中间合金及其制备方法和用途。本发明属于镁合金材料凝固技术领域。

背景技术

用于细化镁合金凝固晶粒的镁基中间合金一直是人们关注的课题。但目前除了专用于细化Mg-Zn系合金凝固晶粒的二元Mg-Zr中间合金外，尚未有其它可用于细化凝固晶粒的镁基中间合金研发成功的报道。

镁合金中应用量大面广的合金为Mg-Al系合金。对Mg-Al系合金而言，人们研究过各种物理化学方法来细化它的凝固晶粒，这些方法归根结底都是想在镁合金熔体中引入Al₄C₃相，这是因为Al₄C₃相与α-Mg同为密排六方结构，晶格错配度也很小，所以很适合做镁的异质晶粒核心。因此，历史上曾用MgCO₃、CaCO₃或C₂Cl₆对Mg-Al系合金熔体进行过细化处理；但是仍余留有如下问题：一是这些添加物虽然晶粒细化效果较好，但是熔体翻卷严重，易产生氧化夹杂；二是用MgCO₃细化处理后还要再进行二次精炼以去掉细化处理带入的夹杂物；三是二次精炼后又进一步提高了Mg的总烧损率；四是二次精炼后还要升温、保温、静置，也延长了工艺时间。此外，用C₂Cl₆细化处理时有很大的环境污染，并且反应剧烈，操作不安全，镁液烧损大，反应后熔渣粘稠，与合金液不容易分离。如用CaCO₃细化，由于细化温度(760-780℃)显著高于通常的精炼温度，所以精炼工序也就必须在细化之前进行。此时，如在细化过程中产生新的氧化夹杂，就无法将其清除。用上述方法细化后熔体必须在45分钟内浇铸完毕，否则容易细化失效、晶粒变粗。

对Mg-Mn合金来说，碳化物细化晶粒的效应时间很短，不能适应熔铸工艺时间长的要求，因此，一直未能实用。

在本发明以前，针对上述问题，国内外采取的对策主要是采取加Sr或加Ca的方法来细化凝固晶粒(这里主要是针对Mg-Al系合金)，但晶粒细化效果很有限，而且在实际生产中使用时晶粒尺寸很不稳定，有关细化机理也难以获得一致认可。

发明内容

本发明为解决上述一系列技术问题，发明了一种Mg-Al-C中间合金，该中间合金包含95～50wt％Mg、3.75～37.5wt％Al和1.25～12.5wt％C。

根据本发明的Mg-Al-C中间合金的第二相优选仅为Al₄C₃相。

根据本发明的Mg-Al-C中间合金优选是采用粉末原位反应法与混合粉末挤压法联合生产的。

根据本发明的Mg-Al-C中间合金可用于细化镁合金凝固晶粒。

根据本发明的Mg-Al-C中间合金中Al₄C₃相的含量一般不低于5wt％，否则在实际使用时会大大增加中间合金的用量，但是也不宜超过50wt％，否则会降低中间合金中第二相的均匀性、增加挤压的难度。

本发明还涉及一种用于制备所述Mg-Al-C中间合金的方法，其特征在于：根据粉末原位反应法，将铝粉和石墨粉按Al₄C₃化合物中Al与C的质量比3∶1称量，混合均匀，然后装入反应罐中，将反应罐置入气氛保护炉中进行反应1～2小时，获得Al₄C₃化合物粉体。

根据混合粉末挤压法，将5～50wt％的Al₄C₃化合物粉体与95～50wt％的Mg粉一起混合均匀，然后进行热挤压。

在热挤压之前优选预先将粉末混合物压制成坯。进行热挤压获得杆状物，挤压圆杆的直径为8～20mm。挤压比一般不超过50，否则会降低杆状物表面质量，挤压比优选为8～50。

优选将热挤压获得的杆状物进一步分切为每根重100g的短杆。

根据本发明的方法特别优选地包括以下步骤：

①合成Al₄C₃化合物。

将铝粉和石墨粉按Al₄C₃化合物中Al与C的质量比3∶1称量好、混合均匀，然后装入专用的、生产性反应罐中，将反应罐置入专用的、生产性气氛保护炉中进行原位反应1～2小时，待反应完全并冷却后取出反应罐中的Al₄C₃化合物粉体并及时密封好。