[发明专利]镁合金凝固组织锆细化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金凝固组织的细化工艺方法，尤其是一种镁合金凝固组织锆细化方法。

背景技术

航空、航天和武器装备等由于特殊的工作环境，结构减重和结构承载与功能一体化是其发展的重要方向，镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、抗震性能优良和切削加工性能好等优点，在航空航天和国防军事工业领域具有广阔的应用前景，被誉为21世纪资源与环境可持续发展的绿色材料，已成为世界各国普遍关注的焦点。镁是地球上储量最丰富的元素之一，而我国是镁资源和镁合金生产大国，镁和镁合金锭产量占世界总产量的一半以上。大量采用镁合金制造航天器和武器装备零部件可达到最大的减重效果，将是未来航空航天和国防军事工业发展的重要方向。但镁合金是密排六方（HCP）晶体结构，室温下只有3个独立的滑移系，镁合金的塑性变形能力较差，其晶粒大小对力学性能的影响十分显著。镁合金结晶温度范围较宽，热导率较低，体收缩较大，晶粒粗化倾向严重，凝固过程中易产生缩松、热裂等缺陷。因此，为了改善镁合金的力学性能，减少缩松、减小第二相的大小和改善铸造缺陷，可通过细化晶粒来调整材料的组织和性能，改善镁合金的强韧性和塑性变形能力。

镁合金铸造过程中添加有效的晶粒细化剂是非常基础的环节，除含Al、Mn、Si、Fe等元素的镁合金外（锆会与它们反应而失效），镁合金中一般都添加锆以细化晶粒，可以减小热裂倾向、提高组织均匀性，提高合金的强度、塑性和抗蠕变性、耐蚀性，可以说，锆（Zr）是镁合金最有效的细化剂之一，目前主要是以二元Mg-Zr中间合金的形式加入，Mg-Zr中间合金的生产方法主要有锆粉与镁对掺法（掺熔法）、液态镁阴极电解法、镁还原ZrCl₄法和镁还原K₂ZrF₆法。经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利号为ZL200410020594.9的专利公开了一种镁锆中间合金的生产方法，生产工艺简单，操作容易。不过，以Mg-Zr中间合金形式加入Zr的方法仍存在如下关键问题：（1）该镁锆中间合金的生产方法需要将还原炉抽真空并加入惰性气体，质量难以控制，合金杂质偏高，成分不均匀。（2）Zr熔点高（1852℃）、比重大（6.52g/cm3），而镁熔点为651℃、液态比重1.58g/cm³，因此当Zr加入镁合金中呈固态，难于溶解；加之和镁液比重差大，易于沉淀或形成比重偏析。（3）Zr化学活性很强，高温易和大气或炉气中的O₂、N₂、H2、CO₂、CO反应，生成不溶化合物（ZrO₂、ZrN、ZrH2、ZrC），使Zr损耗增加。（4）当使用钢坩埚，熔体加热到750℃以上时，溶解Zr被Fe消耗形成不溶化合物Fe₂Zr，因而降低了合金液中的有效Zr量。上述问题的存在导致在实际生产中大量稀有金属Zr的浪费，提高了合金铸造成本，成为获得稳定晶粒细化效果的瓶颈。

因此，开发新型Zr细化法，以获得稳定的晶粒细化效果、节省含Zr镁合金成本，具有重要经济价值和研究意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种镁合金凝固组织锆细化方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种镁合金凝固组织锆细化方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一，将镁合金原料进行熔炼；

步骤二，向所述镁合金原料中加入细化剂，撇去表面浮渣，搅拌，精炼，扒渣，去皮处理，即可；

其中所述细化剂为K₂ZrF₆混合盐或ZrCl₄混合盐。

优选地，所述K₂ZrF₆混合盐为K₂ZrF₆-NaCl-KCl混合盐或K₂ZrF₆-LiCl-CaF₂混合盐。

优选地，所述K₂ZrF₆-NaCl-KCl混合盐中K₂ZrF₆含量为30～70wt.%，NaCl与KCl的质量百分比为1:1，所述K₂ZrF₆-LiCl-CaF₂混合盐中K₂ZrF₆含量为30～70wt.%，LiCl与CaF₂的质量百分比为1:1。