[发明专利]一种镁铝合金的晶粒细化方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种镁铝合金的晶粒细化方法。

背景技术

镁合金作为最轻的结构材料，在交通、航空航天及3C诸领域有着广阔的应用前景。但镁合金基体低温变形能力差，难以加工成形。实践证明，细化镁合金晶粒，不但能够改善其变形能力，而且可以提高其力学性能及耐蚀性，从而可以进一步地扩大镁合金的应用范围。

目前，Mg-Al基合金晶粒细化的方法有很多种，如过热法，Elfinal方法（即加入FeCl3）、碳质孕育法等。而在这些方法中，存在处理温度高、工艺不便或降低镁合金耐蚀性等问题。普遍采用的碳质孕育法主要是往镁合金中添加C₂Cl₆或CCl₄，这些变质剂在加入后产生氯气，对环境和人体产生严重的危害。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种镁铝合金的晶粒细化方法，采用纳米氧化锌作为晶粒细化剂，在不产生污染和工艺简单易行的条件下，达到细化合金晶粒的效果。

本发明的方法按以下步骤进行：

1、准备浓度0.05~0.1M的ZnSO₄水溶液和浓度1.0~1.5M的NaOH溶液；

2、将ZnSO₄水溶液以1~3mL/min的速度滴入到氢氧化钠溶液中，ZnSO₄水溶液的加入量按全部溶液中的Zn²⁺与OH^-的摩尔比为Zn²⁺∶OH^-=1∶6~8，获得混合溶液；

3、将混合溶液置于超声波清洗器中，在频率为40~60KHz的条件下振动40~60min，然后将混合溶液在65±1℃条件下搅拌反应2~3h，搅拌速度为150~300rpm；

4、将搅拌反应结束后的溶液在5000~6000rpm的速度下离心5~10min，将离心后的固相浸没在水中清洗，然后烘干去除水分，获得晶粒细化剂；

5、将镁铝合金加热至690~720℃形成熔体，将晶粒细化剂置于熔体中，搅拌均匀后静置10~20min，晶粒细化剂的加入量为镁铝合金总重量的3~5%；然后经除渣、浇注，获得细晶镁铝合金，其晶粒平均细化率为42~45%。

上述的晶粒细化剂粒径均为10~100nm。

上述的烘干去除水分是指在50±5℃条件下烘干至少5h。

本发明的方法利用ZnO具有与Mg相同的晶体结构及相近的晶格常数，将纳米氧化锌加入到镁铝基合金的熔体中，纳米氧化锌通过异质形核作用，从而细化镁合金的晶粒。本发明的方法能够通过调整添加量使细化效果易于控制，以微量加入可达到很好细化的目的。

具体实施方式

实施例1

准备浓度0.05M的ZnSO₄水溶液和浓度1.0M的NaOH溶液；

将ZnSO₄水溶液以1~3mL/min的速度滴入到氢氧化钠溶液中，ZnSO₄水溶液的加入量按全部溶液中的Zn²⁺与OH^-的摩尔比为Zn²⁺∶OH^-=1∶8，获得混合溶液；

将混合溶液置于超声波清洗器中，在频率为60KHz的条件下振动40min，然后将混合溶液在65±1℃条件下搅拌反应3h，搅拌速度为150rpm；

将搅拌反应结束后的溶液在5000~6000rpm的速度下离心10min，将离心后的固相浸没在水中清洗，然后烘干去除水分，获得晶粒细化剂；

将镁铝合金加热至690℃形成熔体，将晶粒细化剂置于熔体中，搅拌均匀后静置20min，晶粒细化剂的加入量为镁铝合金总重量的3%；然后经除渣、浇注，获得细晶镁铝合金，其晶粒平均细化率为45%。

实施例2

准备浓度0.08M的ZnSO₄水溶液和浓度1.3M的NaOH溶液；

将ZnSO₄水溶液以1~3mL/min的速度滴入到氢氧化钠溶液中，ZnSO₄水溶液的加入量按全部溶液中的Zn²⁺与OH^-的摩尔比为Zn²⁺∶OH^-=1∶7，获得混合溶液；

将混合溶液置于超声波清洗器中，在频率为50KHz的条件下振动50min，然后将混合溶液在65±1℃条件下搅拌反应2.5h，搅拌速度为200rpm；