[发明专利]高锰含量的镁－锰中间合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料的制备方法，特别涉及一种高含锰量的镁-锰中间合金及制备方法。

背景技术

镁合金是实际应用中最轻的结构材料，其密度只有铝的2/3，钢的1/5。其比强度、比刚度均能达到或优于钢和铝合金。镁合金还具有良好的导热性、电磁屏蔽性、抗振动性等特点；镁合金对环境无毒无污染，回收利用的成本低；而且镁在地球上储量极其丰富，约占地壳质量的2.7％，海水中镁的质量含量达到0.13％。因此镁合金被视为未来替代传统金属材料的新材料，而越来越受到世界各国的重视。我国是世界上镁资源最丰富的国家，也是镁以及镁合金最大的生产国和出口国，镁合金的开发研究对我国有着特殊的重要意义。目前常见的镁合金主要为Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Mn系、Mg-Ca系、Mg-Si系、Mg-RE系等。

镁锰系合金属于变形镁合金，有优良的抗蚀性和焊接性，特别是耐海水腐蚀速度大大降低，已广泛地应用于飞机蒙皮、壁板及内部零件、模锻复杂构件、油路系统抗蚀管材等。目前按美国ASTM标准生产的M1A牌号变形镁合金含锰1.2％，中国YB标准生产的MB1和MB8牌号变形镁合金含锰分别为1.3～2.5％和1.5～2.5％。由于含锰的镁合金具有良好的冲压、挤压和轧制工艺性能，且应力腐蚀倾向小，变形后有较高的力学性能(抗拉强度250MPa，延伸率18％)和高温性能(250℃下抗拉强度120MPa)，故倍受人们喜爱。

在镁合金的冶炼过程中，常需要加入镁-锰中间合金，用于向合金中添加锰元素，改变镁合金的含锰量。目前工业应用的镁-锰中间合金制备方法是：在加热的石墨坩埚中加少量熔剂，然后装入镁锭和粉状熔剂；将预先捶碎的锰分数批加入熔融并过热到880～950℃的镁中，每次加入都需要搅拌金属熔体，最后在不低于750℃的温度下将合金浇入锭模凝固。该方法的缺点是：(1)工作温度高达900℃，镁极易燃烧甚至爆炸；(2)锰在镁中溶解度低，652℃包晶温度下，锰的溶解度仅为3.4％，且随着温度下降，锰在镁中溶解度急剧减小，难以制备高含锰量的镁锰中间合金。由于，目前市场上迫切地需要开发用于高强变形镁合金以及耐蚀镁合金的高含锰量的镁-锰中间合金，因此，研究镁-锰中间合金制备工艺技术及其对最终合金组织、性能的影响规律日显重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种高含锰量的镁-锰中间合金及制备方法。采用本发明制备的镁-锰中间合金，可以用于普通镁合金的制造，也可用于具有高耐蚀性、高焊接性的新型镁合金的制造。本发明合金的成分调整方法容易，有生产工艺简单，成本低的优点。

本发明的技术方案是：

高含锰量的镁-锰中间合金，其特征在于该镁合金由锰、镁组成，其各组分质量百分含量为

锰：8～12％；其余为镁。

其中，锰以金属粉末的方式加入镁中，金属粉末中锰含量为99％；按照高含锰量的镁-锰中间合金配比要求调整锰粉的加入量。

锰含量为99％的金属锰粉，镁含量为99％的纯镁均采用市售的常规产品。

制备高含锰量的镁-锰中间合金的方法，有以下步骤：

A.取金属锰粉分别通过100目和220目的筛网进行筛选，留取粒径在100～220目的金属锰粉，做下一步采用的金属锰粉。

B.按照权利要求1所述的质量百分比取纯镁和步骤A所得的金属锰粉，混合，放入石墨坩埚内，用氩气做保护气氛，温度为700～800℃，在电磁感应炉内熔化、搅拌。并在有氩气保护的情况下常温浇注于铜模中，得到高含锰量的镁-锰中间合金铸坯。

本发明将锰粉进行筛选，取粒径在100～220目锰粉颗粒，在电磁搅拌下，使锰粉颗粒均匀分散于液态镁中。经快速凝固后，锰粉颗粒来不及沉降偏析便已经固结在金属镁锭中，保证了合金成分的均匀性。

本发明的有益效果是：

1.突破了现有镁-锰中间合金内锰含量不超过3.4％的极限，锰含量达到8％～12％或更高。中间合金的成分调整方法简单，仅需改变投入的金属锰粉质量即可。

2.用本发明中的镁-锰中间合金熔炼普通镁合金时，中间合金的使用量只有从前的1/3-1/4，提高了中间合金的使用效率。为熔炼锰含量超过5％的新型耐腐蚀、焊接性能优良的镁合金，提供了能保证所述性能的中间合金。

3.使用本发明熔炼镁-锰中间合金，工作温度比传统方法低100℃以上，工序更少，时间更短，节省了能源与人工，具有明显的成本优势。

4.本发明还为我国锰矿资源的深度开发利用找到一条新的出路。