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一种高强韧性低 合金化镁锡 铝锌合金的制备方法

阅读：229发布：2023-02-28

专利汇可以提供一种高强韧性低合金化镁锡铝锌合金的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种高强韧性低合金化镁锡铝锌合金的制备方法，是针对镁及镁合金力学性能低的弊端，以高纯度镁、锡、铝、锡为原料，经熔炼、铸锭、挤压成型，制成高强韧性低合金化镁锡铝锌合金，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制成的镁锡铝锌合金纯度达99.8％，金相组织致密度好，晶粒尺寸≤2.86μm，屈服强度 270.25MPa，抗拉强度 310.5MPa，伸长率达18.98％，是先进高强韧性低合金化镁锡铝锌合金的制备方法。，下面是一种高强韧性低合金化镁锡铝锌合金的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高强韧性低合金化镁锡铝锌合金的制备方法，其特征在于：
使用的化学物质材料为：镁、锡、铝、锌、二氧化碳、氮气、无水乙醇，其准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位
制备方法如下：
(1)、精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：
(2)、熔炼镁锡铝锌合金
镁锡铝锌合金的熔炼是在真空熔炼炉中进行的，是在中频感应加热、抽真空、惰性气体保护下完成的；
①制备开合式铸造模具
开合式铸造模具用不锈钢材料制作，模具型腔呈圆筒形，型腔尺寸为Φ40mm×60mm，型腔表面粗糙度为Ra 0.08～0.16μm；
②切制镁块，将镁块置于钢质平板上，用机械切制，成≤10mm×8mm×10mm的块状；
③配制镁、锡、铝、锌混合材料
称取切制好的镁块485g±0.001g、锡颗粒5g±0.001g、铝颗粒5g±0.001g、锌颗粒5g±
0.001g，置于容器；
④清理真空熔炼炉
打开真空熔炼炉，清理炉腔及熔炼坩埚，然后用无水乙醇清洗，使其洁净；
向炉腔内输入氮气，氮气输入速度200cm3/min，氮气通入时间5min，驱除炉内有害气体；
⑤置放镁、锡、铝、锌混合材料
将配制的镁、锡、铝、锌混合材料置于熔炼坩埚内，关闭真空熔炼炉，并密闭；
⑥抽取炉内空气
开启真空熔炼炉的真空泵，抽去炉腔内空气，使炉腔内压强达到1Pa；
⑦向炉腔内输入CO2+N2混合气体
开启二氧化碳气体瓶、氮气气体瓶，向真空熔炼炉炉腔内输入混合气体，二氧化碳与氮气的比例为1∶1，混合后输入速度为200cm3/min，使炉腔内压强稳定在1个大气压；
⑧加热熔炼
开启中频感应加热器，加热熔炼坩埚内的镁、锡、铝、锌混合材料；加热温度720℃±1℃，加热时间30min，加热后，成镁锡铝锌合金熔液；镁、锡、铝、锌在加热熔炼过程中将发生合金化反应，反应方程式如下：
式中：α-Mg为α镁相，Mg0.97Zn0.03为镁锌相，Mg0.976Al0.003镁铝相，Mg0.3Sn1.7为镁锡相熔炼后，合金化熔液静置10min；
⑨浇铸
熔炼后，开启真空熔炼炉，取出熔炼坩埚，对准模具浇口进行浇铸，浇铸后密闭浇口；
⑩冷却
将浇铸后的开合式模具及其内的铸件置于真空冷却炉内冷却，真空冷却炉内压强2Pa，冷却温度20℃；
(3)、脱模
打开真空冷却炉，取出并打开开合式模具，取出铸件，即为Φ40mm×40mm镁锡铝锌合金锭；
(4)、修整、清理、打磨、清洗
将镁锡铝锌合金锭置于钢质平板上，用机械进行修整、清理；然后用砂纸打磨合金锭周边及正反表面；用无水乙醇进行清洗，使其洁净，清洗后晾干；
(5)、热挤压镁锡铝锌合金锭
镁锡铝锌合金锭的热挤压是在立式挤压机上进行的；
①制备挤压模具
挤压模具用工具钢制作，模具型腔为圆筒形，圆筒形型腔尺寸为Φ40mm×30mm，表面粗糙度Ra 0.08～0.16μm；
②预热镁锡铝锌合金锭，将镁锡铝锌合金锭置于热处理炉内进行预热，预热温度300℃，预热时间30min；
③将挤压模具垂直置于挤压机的工作台上，在挤压模具内置放润滑油、挤压垫块，在挤压垫块上部置放镁锡铝锌合金锭，在镁锡铝锌合金锭上部置放上压块，上压块上部由挤压机的上压头垂直压牢；
开启挤压机，挤压压强600M Pa，挤压后成为Φ40mm×30mm的镁锡铝锌合金棒；
(6)、冷却
热挤压后将镁锡铝锌合金棒置于真空冷却炉中，在二氧化碳气体保护下冷却至25℃，冷却后成高强韧性低合金化镁锡铝锌合金棒；
(7)、清理，清洁
将冷却后的镁锡铝锌合金棒置于钢质平板上，用400目砂纸打磨周边及正反表面，使之光洁；
然后用无水乙醇擦洗镁锡铝锌合金棒周边及正反表面，使之洁净；
(8)、检测、分析、表征
对制备的镁锡铝锌合金棒的化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；
用光学显微镜和进行金相组织分析和晶粒尺寸测量；
用X射线衍射仪进行相分析；
用万能材料试验机进行力学性能测试；
结论：低合金化镁锡铝锌合金棒为银灰色，产物纯度99.8％，晶粒尺寸≤2.86μm；屈服强度270.25MPa，抗拉强度310.5MPa，伸长率达18.98％；
(9)产物储存
对制备的低合金化镁锡铝锌合金棒用软质材料包装，储存于阴凉洁净环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度10％。
2.根据权利要求1所述的一种高强韧性低合金化镁锡铝锌合金的制备方法，其特征在于：
镁锡铝锌合金的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、抽真空、惰性气体保护下完成的；
真空熔炼炉(1)为立式，真空熔炼炉(1)底部为炉座(2)、顶部为炉盖(3)、内部为炉腔(4)；真空熔炼炉(1)的右上部设有出气管阀(26)；在真空熔炼炉(1)的内底部设有工作台(5)，在工作台(5)上部垂直设有熔炼坩埚(6)，熔炼坩埚(6)内为合金熔液(8)；熔炼坩埚(6)外部为中频感应加热器(7)；在炉座(2)右下部设有真空泵(9)，真空泵(9)上部设有真空管(10)，真空管(10)穿过炉座(2)连通炉腔(4)；在真空熔炼炉(1)左部设有氮气瓶(11)、二氧化碳瓶(14)，氮气瓶(11)上部设有氮气管(12)、氮气阀(13)，二氧化碳瓶(14)上部设有二氧化碳管(15)、二氧化碳阀(16)，并连接混合气体管(17)、混合气体阀(18)，混合气体管(17)伸入炉腔(4)内，并向炉腔(4)内输入混合气体(19)；在真空熔炼炉(1)的右部设有电控箱(20)，在电控箱(20)上设有显示屏(21)、指示灯(22)、电源开关(23)、中频感应加热调控器(24)、真空泵控制器(25)；电控箱(20)通过第一导线(27)连接中频感应加热器(7)、通过第二导线(28)连接真空泵(9)。
3.根据权利要求1所述的一种高强韧性低合金化镁锡铝锌合金的制备方法，其特征在于：
镁锡铝锌合金棒的挤压是在立式挤压机上进行的，是在压力电机的压力下完成的；
挤压机(29)为立式，在挤压机(29)下部设有底座(30)、上部设有顶座(31)；在底座(30)上部垂直安装开合式圆筒形模具(32)，在开合式圆筒形模具(32)内部设有下垫块(35)，在下垫块(35)上部安装镁锡铝锌合金棒(46)，在镁锡铝锌合金棒(46)上部由上压块(36)压牢；在上压块(36)上部连接压杆(37)，压杆(37)上部通过通过顶座(31)连接压力电机(39)，压杆(37)右侧部设有升降手柄(38)；在挤压机(29)右部设有第二电控箱(40)，在第二电控箱(40)上设有第二显示屏(41)、第二指示灯(42)、第二电源开关(43)、压力电机控制器(44)、挤压速度控制器(45)。

说明书全文

一种高强韧性低合金化镁锡 铝锌合金的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高强韧性低合金化镁锡铝锌合金的制备方法，属有色金属制备及应用的技术领域。

背景技术

[0002] 镁及镁合金是最轻的有色金属材料，常在航空、航天、电子工业、医疗卫生领域得到应用，镁及镁合金强度低、硬度低、韧性差，极大的限制、影响了镁及镁合金的应用。

[0003] 为了提升镁及镁合金的力学性能，常在镁合金中添加稀土元素，稀土元素的过量使用会使镁合金析出第二相，导致合金所需的挤压负荷增强，变形温度增加，致使合金的晶粒尺寸变大，反而降低了镁合金的力学性能。

[0004] 为了提高镁合金的力学性能，扩大镁合金的应用范围，在镁合金中添加有色金属，生成低合金化合金，既可提升镁合金的力学性能，还可降低成本，增加和提高镁合金的强度和韧性，此项技术还在科学研究中。

发明内容

[0005] 发明目的

[0006] 本发明的目的是针对背景技术的状况，制备一种高强韧性低合金化镁合金，以降低成本，增强和提升镁合金的强度和韧性。

[0007] 技术方案

[0008] 本发明使用的化学物质材料为：镁、锡、铝、锌、无水乙醇、二氧化碳、氮气，其准备用量如下：以克、毫升、厘米3为计量单位

[0009]

[0010] 制备方法如下：

[0011] (1)、精选化学物质材料

[0012] 对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

[0013]

[0014] (2)、熔炼镁锡铝锌合金

[0015] 镁锡铝锌合金的熔炼是在真空熔炼炉中进行的，是在中频感应加热、抽真空、惰性气体保护下完成的；

[0016] ①制备开合式铸造模具

[0017] 开合式铸造模具用不锈钢材料制作，模具型腔呈圆筒形，型腔尺寸为Φ40mm×60mm，型腔表面粗糙度为Ra 0.08～0.16μm；

[0018] ②切制镁块，将镁块置于钢质平板上，用机械切制，成≤10mm×8mm×10mm的块状；

[0019] ③配制镁、锡、铝、锌混合材料

[0020] 称取切制好的镁块485g±0.001g、锡颗粒5g±0.001g、铝颗粒5g±0.001g、锌颗粒5g±0.001g，置于容器；

[0021] ④清理真空熔炼炉

[0022] 打开真空熔炼炉，清理炉腔及熔炼坩埚，然后用无水乙醇清洗，使其洁净；

[0023] 向炉腔内输入氮气，氮气输入速度200cm3/min，氮气通入时间5min，驱除炉内有害气体；

[0024] ⑤置放镁、锡、铝、锌混合材料

[0025] 将配制的镁、锡、铝、锌混合材料置于熔炼坩埚内，关闭真空熔炼炉，并密闭；

[0026] ⑥抽取炉内空气

[0027] 开启真空熔炼炉的真空泵，抽去炉腔内空气，使炉腔内压强达到1Pa；

[0028] ⑦向炉腔内输入CO2+N2混合气体

[0029] 开启二氧化碳气体瓶、氮气气体瓶，向真空熔炼炉炉腔内输入混合气体，二氧化碳与氮气的比例为1∶1，混合后输入速度为200cm3/min，使炉腔内压强稳定在1个大气压；

[0030] ⑧加热熔炼

[0031] 开启中频感应加热器，加热熔炼坩埚内的镁、锡、铝、锌混合材料；加热温度720℃±1℃，加热时间30min，加热后，成镁锡铝锌合金熔液；镁、锡、铝、锌在加热熔炼过程中将发生合金化反应，反应方程式如下：

[0032]

[0033] 式中：α-Mg为α镁相，Mg0.97Zn0.03为镁锌相，Mg0.976Al0.003镁铝相，Mg0.3Sn1.7为镁锡相[0034] 熔炼后，合金化熔液静置10min；

[0035] ⑨浇铸

[0036] 熔炼后，开启真空熔炼炉，取出熔炼坩埚，对准模具浇口进行浇铸，浇铸后密闭浇口；

[0037] ⑩冷却

[0038] 将浇铸后的开合式模具及其内的铸件置于真空冷却炉内冷却，真空冷却炉内压强2Pa，冷却温度20℃；

[0039] (3)、脱模

[0040] 打开真空冷却炉，取出并打开开合式模具，取出铸件，即为Φ40mm×40mm镁锡铝锌合金锭；

[0041] (4)、修整、清理、打磨、清洗

[0042] 将镁锡铝锌合金锭置于钢质平板上，用机械进行修整、清理；然后用砂纸打磨合金锭周边及正反表面；用无水乙醇进行清洗，使其洁净，清洗后晾干；

[0043] (5)、热挤压镁锡铝锌合金锭

[0044] 镁锡铝锌合金锭的热挤压是在立式挤压机上进行的；

[0045] ①制备挤压模具

[0046] 挤压模具用工具钢制作，模具型腔为圆筒形，圆筒形型腔尺寸为Φ40mm×30mm，表面粗糙度Ra 0.08～0.16μm；

[0047] ②预热镁锡铝锌合金锭，将镁锡铝锌合金锭置于热处理炉内进行预热，预热温度300℃，预热时间30min；

[0048] ③将挤压模具垂直置于挤压机的工作台上，在挤压模具内置放润滑油、挤压垫块，在挤压垫块上部置放镁锡铝锌合金锭，在镁锡铝锌合金锭上部置放上压块，上压块上部由挤压机的上压头垂直压牢；

[0049] 开启挤压机，挤压压强600M Pa，挤压后成为Φ40mm×30mm的镁锡铝锌合金棒；

[0050] (6)、冷却

[0051] 热挤压后将镁锡铝锌合金棒置于真空冷却炉中，在二氧化碳气体保护下冷却至25℃，冷却后成高强韧性低合金化镁锡铝锌合金棒；

[0052] (7)、清理，清洁

[0053] 将冷却后的镁锡铝锌合金棒置于钢质平板上，用400目砂纸打磨周边及正反表面，使之光洁；

[0054] 然后用无水乙醇擦洗镁锡铝锌合金棒周边及正反表面，使之洁净；

[0055] (8)、检测、分析、表征

[0056] 对制备的镁锡铝锌合金棒的化学物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；

[0057] 用光学显微镜进行金相组织分析和晶粒尺寸测量；

[0058] 用X射线衍射仪进行相分析；

[0059] 用万能材料试验机进行力学性能测试；

[0060] 结论：低合金化镁锡铝锌合金棒为银灰色，产物纯度99.8％，晶粒尺寸≤2.86μm；屈服强度270.25MPa，抗拉强度310.5MPa，伸长率达18.98％；

[0061] (9)产物储存

[0062] 对制备的低合金化镁锡铝锌合金棒用软质材料包装，储存于阴凉洁净环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度10％。

[0063] 有益效果

[0064] 本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对镁及镁合金力学性能低的弊端，以高纯度镁、锡、铝、锡为原料，经熔炼、铸锭、挤压成型，制成高强韧性低合金化镁锡铝锌合金，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制成的镁锡铝锌合金纯度达99.8％，金相组织致密度好，晶粒尺寸≤2.86μm，屈服强度270.25MPa，抗拉强度310.5MPa，伸长率达18.98％，是先进的高强韧性低合金化镁锡铝锌合金的制备方法。
附图说明：

[0065] 图1、镁锡铝锌合金熔炼状态图

[0066] 图2、镁锡铝锌合金挤压状态图

[0067] 图3、镁锡铝锌合金纵切面金相组织形貌图

[0068] 图4、镁锡铝锌合金X射线衍射强度图谱

[0069] 图5、镁锡铝锌合金拉伸性能图

[0070] 图中所示，附图标记清单如下：

[0071] 1、真空熔炼炉，2、炉座，3、炉盖，4、炉腔，5、工作台，6、熔炼坩埚，7、中频感应加热器，8、合金溶液，9、真空泵，10、真空管，11、氮气瓶，12、氮气管，13、氮气阀，14、二氧化碳瓶，15、二氧化碳管，16、二氧化碳阀，17、混合气体管，18、混合气体阀，19、混合气体，20、第一电控箱，21、第一显示屏，22、第一指示灯，23、第一电源开关，24、中频感应加热控制器，25、真空泵控制器，26、出气管阀，27、第一导线，28、第二导线，29、挤压机，30、底座，31、顶座、32、开合式圆筒形模具，33、上开合架。34、下开合架，35、下垫块，36、上压块，37、压杆，38、升降手柄、39、压力电机，40、第二电控箱，41、第二显示屏，42、第二指示灯，43、第二电源开关，
44、压力电机控制器，45挤压速度控制器，46、镁锡铝锌合金棒。

[0072] 图1所示，为镁锡铝锌合金熔炼状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配比，按序操作。

[0073] 制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升、厘米3为计量单位。

[0074] 镁锡铝锌合金的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、抽真空、惰性气体保护下完成的；

[0075] 真空熔炼炉1为立式，真空熔炼炉1底部为炉座2、顶部为炉盖3、内部为炉腔4；真空熔炼炉1的右上部设有出气管阀26；在真空熔炼炉1的内底部设有工作台5，在工作台5上部垂直设有熔炼坩埚6，熔炼坩埚6内为合金熔液8；熔炼坩埚6外部为中频感应加热器7；在炉座2右下部设有真空泵9，真空泵9上部设有真空管10，真空管10穿过炉座2连通炉腔4；在真空熔炼炉1左部设有氮气瓶11、二氧化碳瓶14，氮气瓶11上部设有氮气管12、氮气阀13，二氧化碳瓶14上部设有二氧化碳管15、二氧化碳阀16，并连接混合气体管17、混合气体阀18，混合气体管17伸入炉腔4内，并向炉腔4内输入混合气体19；在真空熔炼炉1的右部设有第一电控箱20，在第一电控箱20上设有第一显示屏21、第一指示灯22、第一电源开关23、中频感应加热调控器24、真空泵控制器25；电控箱20通过第一导线27连接中频感应加热器7、通过第二导线28连接真空泵9。

[0076] 图2所示，为镁锡铝锌合金棒挤压状态图，各部位置、连接关系要正确，安装牢固。

[0077] 镁锡铝锌合金棒挤压是在立式挤压机上进行的，是在压力电机的压力下完成的；

[0078] 挤压机29为立式，在挤压机29下部设有底座30、上部设有顶座31；在底座30上部垂直安装开合式圆筒形模具32，在开合式圆筒形模具32内部设有下垫块35，在下垫块35上部安装镁锡铝锌合金棒46，在镁锡铝锌合金棒46上部由上压块36压牢；在上压块36上部连接压杆37，压杆37上部通过通过顶座31连接压力电机39，压杆37右侧部设有升降手柄38；在挤压机29右部设有第二电控箱40，在第二电控箱40上设有第二显示屏41、第二指示灯42、第二电源开关43、压力电机控制器44、挤压速度控制器45。

[0079] 图3所示，为镁锡铝锌合金纵切面金相组织形貌图，图中所示，合金晶粒细小，晶粒尺寸≤2.86μm。

[0080] 图4所示，为镁锡铝锌合金X射线衍射强度图谱，图中所示，纵坐标为衍射强度，横坐标为衍射角2θ，镁锡铝锌合金主要由α-Mg相、Mg0.97Zn0.03相、Mg0.976Al0.003相、Mg0.3Sn1.7相组成。

[0081] 图5、为镁锡铝锌合金拉伸性能图，图中所示，屈服强度270.25MPa，拉伸强度310.5MPa，伸长率达18.98％。

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