[发明专利]一种车用AZ91合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种车用AZ91合金的制备方法，涉及一种车用压铸镁合金的制备技术领域，尤其涉及一种Mg‑Al系合金的晶粒细化方法。利用氧化钙作为镁铝系合金的晶粒细化剂，采用高剪切和超声搅拌的方法实现镁铝系合金的有效细化。经高剪切和超声搅拌处理的合金平均晶粒尺寸达到31微米，较未变质试样晶粒度减少86.9％，最大抗压强度增加82.08％，抗压屈服强度增加67.27％。

技术领域

本发明涉及一种车用压铸镁合金的制备技术领域，尤其涉及一种Mg-Al系合金的晶粒细化方法。

背景技术

节能减排是世界范围应对能源危机的有效方法，为此，汽车轻量化和绿色化制造广受关注。镁合金以其密度小，比强度、比刚度高，抗震降噪能力强、压铸性能优，电磁屏蔽性好，易加工回收等优点成为汽车轻量化的首选材料。有报道指出，在不影响汽车性能的前提下，采用镁合金制备的汽车零部件，减重效果十分明显，对于锌合金材料的减重达到70％以上；对于钢材料的减重效果在50％～78％；对于铝合金材料的减重效果达到13.6％～50％。

然而，镁的密排六方结构决定了镁合金绝对强度低、塑性差、脆性大、耐腐蚀性能差等一系列缺点，限制了其在汽车工业中的普遍应用。为克服上述缺点，国内外学者一直致力于通过晶粒细化提高镁合金的综合性能。以目前工业应用最多的AZ91合金为例，细化晶粒的方法主要有过热处理法、熔体搅拌法、碳质变质法、氯化铁法、快速凝固法等。而目前大多数研究主要集中在添加稀土元素显著细化镁合金晶粒和第二相，从而改善性能。J.B.Zhang等研究了Ce-La混合稀土对Mg-Zn-Ca合金组织和性能的影响，认为稳定的金属间化合物CeMg₁₂和Mg₁₇La₂的形成能有效地细化铸态合金组织，抑制固溶过程中的晶粒长大。(J.B.Zhang,L.B.Tong,C.Xu,Z.H.Jiang,L.R.Cheng,S.Kamado,H.J.Zhang.InfluenceofCa-Ce/LasynergisticalloyingonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofextrudedMg–Znalloy[J].MaterialsScienceEngineeringA,2017,708.)WenjuanLiu等在AM60中添加稀土元素Ce或La，合金形成含较高稀土和铝元素的新相γ，使合金的耐腐蚀性能得到改善。(WenjuanLiu,FaheCao,LinrongChang,ZhaoZhang,JianqingZhang.EffectofrareearthelementCeandLaoncorrosionbehaviorofAM60magnesiumalloy[J].CorrosionScience,2009,51(6).)但，由于稀土元素价格较高，工业镁合金出于成本的考虑，越来越多地倾向于成本低廉的金属元素。如向镁合金中添加Ca、Sr、Ti等元素，也能有效改善镁合金的组织，使晶粒得以细化。闵学刚等研究发现，Ca元素的添加能有效细化镁合金基体晶粒和β相的尺寸，而Ca与Si/稀土元素的混合添加，晶粒细化现象更加明显。(闵学刚,朱旻,孙扬善,等.Ca对AZ91显微组织及力学性能的影响[J].材料科学与工艺,2002,10(1):000093-96.)虽然Ca元素的价格没有稀土元素昂贵，但是单质钙的提取较为困难，也不利于绿色可持续的发展。文献中Ca元素的添加均采用Mg-Ca中间合金的方法，存在二次熔炼问题，无疑增加了成本。HaSH等将CaO添加至镁合金镕体中，即细化晶粒又起到镕体阻燃作用，有效防止了镁熔体的氧化。(HaSH,LeeJK,KimS,etal.EffectsofCaOandCaadditionsonMicrostructureandIgnitionResistanceofPureMg[J].JournalofKoreaFoundrySociety,2006,26(3):146-151.[25]HaSH,LeeJK,JoHH,etal.BehaviorofCaOandcalciuminpuremagnesium[J].RareMet.,2006,25:150)YahiaAli的研究发现，镁熔体中的CaO颗粒还可以有效地将铸态α-Mg晶粒从柱状变为等轴状，进而细化晶粒。(AliY,QiuD,JiangB,etal.TheinfluenceofCaOadditionongrainrefinementofcastmagnesiumalloys[J].ScriptaMaterialia,2016,114:103-107.)封爱陈等向AZ31合金中加入CaO粉末，其铸态组织中生成Al₂Ca相，当CaO添加量达到1wt％时，铸态组织尺寸最小。(封爱成,卢雅琳,张扬,etal.CaO对AZ31变形镁合金微观组织和力学性能的影响[J].材料热处理学报,2018(2).)公开号为CN106801176A的专利涉及一种抗氧化镁合金及其制备方法，抗氧化镁合金，合金的组分为Mg-(8～11wt％)Al-Zn-0.5CaOwt％，CaO的添加显著细化了镁合金组织，晶粒尺寸为62.5μm，改善了合金氧化膜结构，进而提高了合金的抗氧化性能。但受冶炼设备和工艺的限制，该专利中CaO的添加量仅为0.5wt％，且晶粒细化程度不是很高。