[发明专利]一种高强度含钛铸造镁合金的制备方法

权利要求书

1.一种高强度含钛铸造镁合金的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、锌、钛、镁钆中间合金、镁钇中间合金、氩气、氧化镁、水玻璃、去离子水、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

镁：Mg，纯度99.99％，固态块体，817g±0.01g

锌：Zn，纯度99.98％，固态块体，24g±0.01g

镁钆中间合金：Mg-Gd，纯度99.98％，固态块体，500g±0.01g

镁钇中间合金：Mg-Y，纯度99.98％，固态块体，150g±0.01g

钛：Ti，纯度99.98％，固态粉末，9g±0.01g

水玻璃：Na₂SiO₃·9H₂O，液态液体，10mL±0.01mL

氧化镁：MgO，固态粉末，50g±0.01g

无水乙醇：C₂H₅OH，液态液体，2000mL±10mL

去离子水：H₂O，液态液体，100mL±5mL

氩气：Ar，气态气体，800000cm³±100cm³

制备方法为：

(1)预处理镁、锌、镁钆中间合金和镁钇中间合金

①切块，将镁、锌、镁钆中间合金和镁钇中间合金置于钢质平板上，用机械切制成块，块体尺寸≤10mm×8mm×10mm；

②对镁锭、锌锭、镁钆中间合金、镁钇中间合金表面进行打磨，随后用无水乙醇进行清洗；

③清洗后置于真空干燥箱中预热干燥，预热干燥温度200℃，真空度2Pa，干燥时间90min；

(2)配制涂覆剂

称取氧化镁50g±0.01g、量取水玻璃10mL±0.01mL，量取去离子水100mL±5mL，加入混浆机中进行搅拌，搅拌后成乳白色悬浮状液体，即涂覆剂；

(3)制备开合式模具

开合式模具用不锈钢材料制作，型腔为圆柱状，型腔表面粗造度为Ra0.08-0.16μm；

(4)熔炼含钛镁合金锭

采用真空感应熔炼炉进行熔炼；

①清理、预热和内表面涂覆；

用无水乙醇清洗开合式模具型腔，使之洁净；

用配制的涂覆剂均匀涂覆开合式模具型腔表面，表面涂覆层厚度1.25mm；

将模具置于预热温度200℃的干燥箱中预热；

②打开真空感应熔炼炉，清理熔炼坩埚内部，并用无水乙醇进行清洗，使坩埚内部洁净；

③将镁锭，锌锭，钛粉，镁钆中间合金和镁钇中间合金置于坩埚底部；

④关闭真空感应熔炼炉，并密闭；

开启真空泵，抽取炉内空气，并使炉内压强达到2Pa；

开启中频感应加热器，开始加热，加热温度750℃±2℃，加热时间60min；

⑤在坩埚底部通入氩气底吹管，向坩埚内输入氩气，氩气底吹速度200cm³/min，使炉内压强恒定在1个大气压，并由出气阀调控；熔炼成合金熔液，加热温度降至720℃±2℃，在此温度恒温保温8min；

⑥浇铸

关闭氩气底吹管；

打开真空感应熔炼炉；

除去熔炼坩埚内熔液表面熔渣；

对准预热的开合式模具浇口，进行浇铸，铸满为止；

⑦冷却，将浇铸了合金熔液的开合式模具埋入细沙中冷却至25℃；

⑧开模，打开开合式模具，取出铸件；

(5)热处理

①在热处理炉中进行；

将熔炼得到的含钛镁合金锭在520℃下进行8小时的固溶处理并通入氩气进行保护，氩气通入速度为100cm³/min；恒温保温后，将含钛镁合金锭快速置于70℃的温水中进行淬火处理，淬火时间为30s；

②将处理后的含钛镁合金锭置于热处理炉中进行时效处理，时效温度为220℃，恒温保温时间为135h；然后将含钛镁合金锭快速置于35℃的温水中进行淬火处理，淬火时间为30s，淬火后为长周期结构增强的含钛铸造镁合金锭；

(6)清理、清洗、干燥

将含钛镁合金锭用工具打磨表面，然后用无水乙醇清洗各部，使其洁净后置于真空干燥箱中，干燥温度100℃，真空度2Pa，干燥时间15min；

(7)检测、分析、表征

对制备的含钛镁合金锭形貌、金相组织、力学性能进行检测、分析、表征：

用金相分析仪进行金相组织分析；

用X射线衍射仪进行晶体结构分析；

用扫描电子显微镜进行微观形貌和化学元素分析；

用微机控制电子万能试验机进行力学性能分析；

结论：含钛铸造镁合金锭为矩形铸件，铸态条件下含有α-Mg基体相和Mg₅(Gd,Y,Zn)相，固溶处理后Mg₅(Gd,Y,Zn)相转变为14H-LPSO相，合金抗拉强度达357MPa，延伸率达7.73％，产物纯度达99.5％；

(8)储存、包装

制备的含钛镁合金锭用软质材料包装，储存于阴凉干燥处，要防水、防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度8％。

2.根据权利要求1所述的一种高强度含钛铸造镁合金的制备方法，其特征在于：含钛镁合金的熔炼是在真空感应熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、抽真空、氩气底吹、浇铸成型过程中完成的；

真空感应熔炼炉为立式，真空感应熔炼炉(1)的底部为炉座(2)、内部为炉腔(3)，在炉腔(3)内底部设有工作台(6)，在工作台(6)上置放熔炼坩埚(7)，熔炼坩埚(7)外部由中频感应加热器(8)环绕，熔炼坩埚(7)内为合金熔液(9)；在真空感应熔炼炉(1)的右上部设有出气管(4)，并由出气阀(5)控制；在真空熔炼炉(1)的左部设有氩气瓶(15)，氩气瓶(15)上设有氩气管(16)、氩气阀(17)，氩气管(16)连接底吹电机(11)，底吹电机(11)连接底吹管(12)，底吹管(12)穿过炉座(2)、工作台(6)通入熔炼坩埚(7)内，并对合金熔液(9)进行熔炼底吹；在炉座(2)的右下部设有真空泵(13)，并通过真空管(14)连通炉腔(3)；在真空感应熔炼炉(1)的右部设有电控箱(18)，在电控箱(18)上设有显示屏(19)、指示灯(20)、电源开关(21)、中频感应加热调控器(22)、底吹电机调控器(23)、真空泵调控器(24)；电控箱(18)通过第一电缆(25)连接中频感应加热器(8)；电控箱(18)通过第二电缆(26)连接底吹电机(11)、真空泵(13)；炉腔(3)内由氩气(10)充填；炉腔(3)内的压强由出气管(4)、出气阀(5)控制。