[发明专利]一种用于镁合金熔体细化处理的Zr复合盐及其制备和使用方法

说明书

本发明公开了一种用于镁合金熔体细化处理的Zr复合盐及其制备和使用方法，所述Zr复合盐包括以下质量百分含量的各成分：50‑70％氟锆酸钾、25‑40％氟化锆、5‑25％碳酸锆。先将氟锆酸钾和氟化锆进行熔融混合并冷却凝固得到复合盐块，随后将复合盐块与碳酸锆同时加入球磨机中充分混合，制得Zr复合盐；使用时在660‑720℃下将Zr复合盐置于镁合金熔体中，待反应停止后撇去表面浮渣后浇铸，实现镁合金晶粒细化。本发明能显著降低镁合金Zr细化处理温度，Zr元素收得率高，细化效果好，不会向熔体中引入新的夹杂。

技术领域

本发明属于镁合金技术领域，涉及一种镁合金凝固组织的细化工艺方法，具体的说，涉及的是一种用于镁合金熔体细化处理的Zr复合盐及其制备和使用方法。

背景技术

镁合金作为一种新型轻质结构材料，因其密度低、比强度比刚度高、电磁屏蔽性好、耐蚀耐热能力优良等性能特点，在航空航天、交通运输、国防军工等领域有广阔的应用前景。由于镁的晶体结构是密排六方结构，滑移系较少，因而镁合金的塑性比铝合金、铜合金、钢等其他合金材料要低。而晶粒细化是提高镁合金的强度和塑性的关键途径之一。这是由于细小晶粒的晶界处不容易产生应力集中，相邻的晶粒只有在更大的外加应力条件下才能产生塑性变形；细小晶粒的晶内和晶界处的应变更加均匀，因应力集中而引起开裂的机会较小，宏观上表现出更高的强度和塑性。同时，对镁合金进行细化处理还能够有效提高镁合金的铸造工艺性能，尤其是抗热裂倾向性。因此，晶粒细化研究一直是镁合金研究领域的重点和热点之一。

目前，对不含Al、Mn、Si、Fe的铸态镁合金而言，Zr仍然是最有效的细化剂。在生产实践中，主要通过向镁熔体中加入Mg-Zr中间合金以引入Zr元素。然而，Mg-Zr中间合金中通常存在大量未溶解的Zr颗粒。为了促进这些大尺寸的Zr粒在镁液中充分溶解，镁熔体的加Zr细化处理温度往往高达780℃以上。不仅如此，加Zr后还需要在高温下对镁熔体进行搅拌和保温处理以促进Zr粒进一步扩散均匀。然而，镁合金熔体在高温下氧化烧损剧烈，生成的氧化夹杂会严重恶化镁液的纯净度。另一方面，由于Zr粒的密度是镁液的3.8倍，Zr粒在熔体静置过程中会在镁液中发生沉降。且Zr粒的尺寸越大，其沉降速度越大。因此，采用常规Mg-Zr中间合金对镁合金进行细化处理时的Zr收得率仅约为30％，细化衰退效应非常明显。

为了能够改善解决上述镁合金的Zr细化难题，学术界和工业界均开展了大量的理论研究和技术开发。经专利检索发现，CN101798635A公开了一种用于镁合金熔炼的锆复合盐饼，该发明选用单一Zr盐饼(Zr盐为氯化锆或氟化锆)与不含Zr的其他盐饼(氯化钠、氯化钾等)通过简单挤压拼接后制成Zr复合盐饼。由于氯化锆和氟化锆的熔点均低于镁合金常规的熔炼温度，采用Zr复合盐饼进行细化处理所需的工艺温度为680℃～750℃，能够有效避免镁熔体在高温下的氧化燃烧。但是该发明存在几个显而易见的问题：第一，氟化锆、氯化锆价格昂贵，在实际工程应用中，单独采用这两者用于镁熔体细化处理的成本过高；第二，氟化锆与镁熔体反应易生成难以从熔体中分离的氟化镁夹杂，严重降低镁液的纯净度；第三，氯化锆的化学性质极不稳定，饱和蒸气压很低，极易蒸发、吸潮，潮湿的Zr盐加入镁熔体中有爆炸危险；第四，仅通过简单挤压拼接而形成的Zr复合饼在熔体中的反应接触面积相当有限，反应速度缓慢，这导致未完全反应的熔盐易残留在熔体中形成熔剂夹杂。可见，采用上述Zr复合盐饼对镁熔体进行细化处理的工程适用性不高。