[发明专利]一种制备高强度含Sc铸造镁钆合金的方法

权利要求书

1.一种制备高强度含Sc铸造镁钆合金的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、原料预处理：

S1-1、切块：将镁、镁-钆中间合金、镁-钕中间合金、镁-锆中间合金、镁-钪中间合金块体分别置于钢质平板上，机械切割制成块状原料，块状原料的尺寸为：长10mm×宽10mm×高10mm；

S1-2、对步骤S1-1块状原料的表面用砂纸进行打磨，然后用无水乙醇进行清洗；

S1-3、无水乙醇清洗后的块状原料置于真空干燥箱中预热干燥，预热干燥温度为100℃，真空度2Pa，干燥时间为40min；

S2、配制涂覆剂：

称取氧化镁50g±1g，量取水玻璃10mL±1mL，量取去离子水500mL±1mL，将氧化镁、水玻璃和去离子水加入混浆机中进行搅拌，搅拌转数50r/min，搅拌时间为80min，制得乳白色悬浮状涂覆剂；

S3、制备开合式模具：

开合式模具的型腔呈立方体形状，开合式模具的材质为不锈钢，型腔表面的粗糙度为Ra0.08-0.16μm；

S4、熔炼镁锌合金锭：

S4-1、开合模具清洗、预热和型腔表面涂覆涂覆剂：

首先，用无水乙醇清洗开合模具的型腔表面，使型腔表面洁净；

然后，用步骤S2配制的涂覆剂均匀涂覆于开合模具的型腔表面，涂覆层厚度为0.5mm；

最后，将开合模具置于干燥箱中预热，预热温度为150℃；

S4-2、打开真空熔炼炉，清理熔炼坩埚内部，然后用无水乙醇进行清洗，使熔炼坩埚内部洁净；

S4-3、称取步骤S1原料预处理后的称取镁块1290g±lg、镁-钆中间合金165g±lg、镁-钕中间合金30g±lg、镁-锆中间合金7.5g±lg、镁-钪中间合金7.5g±lg，置于熔炼坩埚底部；

S4-4、关闭真空熔炼炉并密闭；开启真空泵，抽取炉腔内的空气，直至炉腔内压强达到2Pa；开启中频感应加热器开始加热，加热温度为750℃±1℃，加热时间为60min；

S4-5、熔炼坩埚底部与底吹管连通，向立式真空熔炼炉内充入氩气，氩气底吹速度为200 cm³/min，由出气阀调控炉腔内压强恒定在1个大气压；镁、钆、钕、锆、钪在熔炼过程中将发生合金化反应，反应方程式如下:

式中：Mg₅Gd为镁钆共晶相，Mg₁₂Nd为镁钕共晶相，MgGdSc为镁钆钪共晶相，MgNdSc为镁钕钪共晶相，a-Mg为镁基体相；

熔炼后制得合金溶液，加热温度降至720℃±1℃，在此温度恒温保温10min；

S4-6、浇铸：关闭底吹电机，打开立式真空熔炼炉，除去熔炼坩埚内溶液表面熔渣，对准预热的开合式模具浇口进行浇铸，铸满为止；

S4-7、冷却：将浇铸了合金溶液的开合式模具埋入细沙中冷却至25℃；

S4-8、开模：打开开合式模具，取出铸件，制得镁钆合金铸锭；

S5、镁钆合金铸锭热处理：

均匀化处理：将制备的镁钆合金铸锭置于热处理炉中进行均匀化处理，加热温度为520-525℃，恒温保温时间为6-8h，通入氩气进行保护，氩气通入速度为100cm³/min；恒温保温后，将镁钆合金铸锭快速置于35℃的温水中进行淬火处理，淬火时间为30s；

时效处理：将均匀化处理后的镁钆合金铸锭置于热处理炉中进行时效处理，时效温度为250℃，恒温保温时间为1.5h；然后将镁钆合金铸锭快速置于30℃的温水中进行淬火处理，淬火时间为30s，淬火后制得高强度含Sc铸造镁钆合金铸锭；

S6、高强度含Sc铸造镁钆合金铸锭的清理与清洗：将步骤S5制备的高强度含Sc铸造镁钆合金铸锭置于钢质平板上，用砂纸打磨铸锭的表面，使表面光洁；然后用无水乙醇清洗各表面，使各表面洁净；

S7、高强度含Sc铸造镁钆合金铸锭真空干燥：将步骤S6清洗后的高强度含Sc铸造镁钆合金铸锭置于真空干燥箱中，真空度为2Pa，干燥温度为100℃，干燥时间为10min；

S8、检测、分析、表征。

2.根据权利要求1所述的一种制备高强度含Sc铸造镁钆合金的方法，其特征在于：所述步骤S8中，对制备的高强度含钪镁锌合金铸锭试样的微观形貌、金相组织、力学性能进行检测、分析、表征。

3.根据权利要求2所述的一种制备高强度含Sc铸造镁钆合金的方法，其特征在于：用金相分析仪和透射电子显微镜进行金相组织分析，用微机控制电子万能试验机进行抗拉强度分析。