[发明专利]一种制备含钪的高强度铸造镁锌合金的装置及其制备方法

权利要求书

1.一种制备含钪的高强度铸造镁锌合金的装置，它包括立式真空熔炼炉（1）和电控箱（18），立式真空熔炼炉（1）放置于炉座（2）的上方，立式真空熔炼炉（1）的内部设置为炉腔（3），炉腔3内充填氩气（10），立式真空熔炼炉（1）的上部设置出气管（4），出气管（4）上设置有出气阀（5），其特征在于：所述炉腔（3）的底部设置工作台（6），工作台（6）的上方放置熔炼坩埚（7），熔炼坩埚（7）中盛放合金溶液（9），熔炼坩埚（7）的外壁上缠绕中频感应加热器（8）的加热线圈；

所述炉座（2）的底部分别安装底吹电机（11）和真空泵（13），氩气罐（15）通过氩气管道（16）与底吹电机（11）连通，氩气管道（16）上设置单向阀（17），底吹电机（11）与底吹管（12）的下端连通，底吹管（12）的上端依次贯穿炉座（2）、立式真空熔炼炉（1）与熔炼坩埚（7）的底部连通；所述真空泵（13）通过抽真空管（14）与炉腔（3）连通；

在所述电控箱（18）中设置有中频感应加热调控器（22）、底吹电机调控器（23）和真空泵调控器（24），中频感应加热调控器（22）通过第一电缆（25）与中频感应加热器（8）电连接，底吹电机调控器（23）和真空泵调控器（24）通过第二电缆（26）分别与对应的底吹电机（11）和真空泵（13）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种制备含钪的高强度铸造镁锌合金的装置，其特征在于：所述电控箱（18）上设有显示屏（19）、指示灯（20）和电源开关（21）。

3.一种如权利要求1所述装置制备含钪的高强度铸造镁锌合金的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、原料预处理：

S1-1、切块：将镁、锌、铜、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原料预处理后的镁块1078g±1g、锌块96g±1g、铜块6g±1g，镁-钪中间合金20g±1g，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、锌、铜、镁-钪合金在熔炼过程中发生合金化反应，反应方程式如下：

式中：MgZn₂为镁锌共晶相，MgZnCu为镁锌铜共晶相，Sc₃Zn₁₇为钪锌共晶相，α-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，制得含钪镁锌合金铸锭；

S5、含钪镁锌合金铸锭热处理：

固溶处理：将制备的含钪镁锌合金铸锭置于热处理炉中进行固溶处理，加热温度为400℃±2℃，恒温保温时间为8h，通入氩气进行保护，氩气通入速度为100cm³/min；恒温保温后，将含钪镁锌合金铸锭快速置于35℃的温水中进行淬火处理，淬火时间为30s；

双级时效处理：将固溶处理后的含钪镁锌合金铸锭置于热处理炉中进行双级时效处理，低温时效温度为80℃，恒温保温时间为24h；高温时效温度为180℃，恒温保温时间为6h；然后将镁锌合金锭快速置于35℃的温水中进行淬火处理，淬火时间为30s，淬火后制得高强度含钪镁锌合金铸锭；

S6、高强度含钪镁锌合金铸锭的清理与清洗：将步骤S5制备的高强度含钪镁锌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、高强度含钪镁锌合金铸锭真空干燥：将步骤S6清洗后的含钪镁锌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。