[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

说明书

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，属于镁锌合金制备技术领域，解决Mg‑Zn‑Cu系镁合金减少显微疏松的倾向并提升合金力学性能的技术问题，解决方案为：以镁、锌、铜、镁‑钪中间合金为原料，通过对Mg‑Zn‑Cu系镁合金微合金化，合理控制合金成分，经真空熔炼炉熔炼、氩气保护、浇铸成型，并优化铸锭热处理工艺，制成高强度和较高塑性的镁锌合金锭。本发明增强铸造镁合金的力学性能，制备的铸造镁合金合金屈服强度达185 MPa、抗拉强度为294 MPa和延伸率为10.2%，产物纯度达99.5%。

技术领域

本发明属于镁锌合金制备技术领域，具体涉及的是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。

背景技术

镁合金是目前我国工业应用中质量最轻、价格便宜的一种重要金属材料，它具有低密度、比强度高、比刚度高、比阻尼高等优点，并且具有较完备的压铸技术等。综合镁合金特性在相图的载荷下会消耗更多的变形功，具有较好的减震性能，结合镁合金的自身优点，使其在航空航天、船舶化工和3C等领域都得到了极大的发展。从20世纪70年代开始人们在镁合金内添加稀土元素提升镁合金的综合性能，近年来，随着镁合金的大力发展，特别是在轻量化的设计缓解了在环境与能源方面的问题。开发和设计低稀土或者不含稀土的镁合金，不仅可以降低成本，同时保证镁合金的高性能。

锌在镁中的最大固溶度为6.2%，并且固溶度随温度的降低而下降，是一种非常有效的合金化元素，具有固溶强化和时效强化的双重作用。Mg-Zn合金产生时效强化效应的主要原因是在a-Mg晶界上析出β1'和β2'相；镁锌二元合金结晶温度区间大，流动性差，容易产生显微疏松，并且晶粒细化困难，从而不能用作工业用铸件或锻件材料，大大限制了工业应用，因此，人们针对Mg-Zn系合金晶粒细化做了进一步研究，添加Cu元素，使得Mg-Zn系合金有含Cu元素的新相出现，第二相的形貌从完全断续向连续分布转变，起到改善合金综合性能的目的。需要寻找微量合金元素，以减少显微疏松的倾向并提升合金力学性能，这一问题亟待研究解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，解决Mg-Zn-Cu系镁合金减少显微疏松的倾向并提升合金力学性能的技术问题，本发明提供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。本发明以镁、锌、铜、镁-钪中间合金为原料，通过对Mg-Zn-Cu系镁合金微合金化，合理控制合金成分，经真空熔炼炉熔炼、氩气保护、浇铸成型，并优化铸锭热处理工艺，制成高强度和较高塑性的镁锌合金锭。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：

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和电控箱，立式真空熔炼炉放置于炉座的上方，立式真空熔炼炉的内部设置为炉腔，炉腔内充填氩气，立式真空熔炼炉的上部设置出气管，出气管上设置有出气阀，其中：所述炉腔的底部设置工作台，工作台的上方放置熔炼坩埚，熔炼坩埚中盛放合金溶液，熔炼坩埚的外壁上缠绕中频感应加热器的加热线圈；

所述炉座的底部分别安装底吹电机和真空泵，氩气罐通过氩气管道与底吹电机连通，氩气管道上设置单向阀，底吹电机与底吹管的下端连通，底吹管的上端依次贯穿炉座、立式真空熔炼炉与熔炼坩埚的底部连通；所述真空泵通过抽真空管与炉腔连通；

在所述电控箱中设置有中频感应加热调控器、底吹电机调控器和真空泵调控器，中频感应加热调控器通过第一电缆与中频感应加热器电连接，底吹电机调控器和真空泵调控器通过第二电缆分别与对应的底吹电机和真空泵电连接。

进一步地，所述电控箱上设有显示屏、指示灯和电源开关。

一种采用上述装置制备含钪的高强度铸造镁锌合金的方法，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；