[发明专利]一种超声波制备Al-Ti-C-Gd镁合金晶粒细化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及到利用超声波制备Al-Ti-C-Gd镁合金晶粒细化剂的方法。

背景技术

镁合金是工程应用中密度最低的金属结构材料，具有高的比强度、比刚度，优良的铸造性能和机械加工性能等优点，在汽车、电子、航空、航天和国防等领域都有广泛的应用。但与铝合金相对，镁合金的绝对强度较低，室温塑性差，凝固过程中易产生缩松、气孔、裂纹等缺陷。

晶粒细化技术能有效的改善铸造缺陷，提高合金的强度和韧性。Al-Ti-C中间合金是铝合金有效的细化剂，Han Guang等人在《Transaction of NonferrousMetals Society of China》上，15(2009)1057-1064，发表文献“Grain refinement ofAZ31 Magnesium alloys by new Al-Ti-C master alloy”指出该中间合金对AZ31镁合金有一定的细化效果，该中间合金中的TiC和Al₄C₃颗粒可作为初生镁的形核核心。但是，Al-Ti-C中间合金中TiC颗粒尺寸细小极容易团聚，在镁合金变质过程中很难分散开；而且，C与Al的润湿性差，在常规的制备工艺中难以反应生产Al₄C₃，以上两点对Al-Ti-C中间合金细化镁合金的效果影响很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效的镁合金晶粒细化剂的制备方法，解决Al-Ti-C中间合金中颗粒团聚的现象，以及改善C与Al的润湿性使其发生反应生成Al₄C₃。

本发明的技术方案是：

(1)将镁粉、铝粉、钛粉和碳粉混合，其中各组分的重量百分比(wt.％)为：镁6.25％，钛15％，铝与碳质量比为17～20。

(2)将混合后的粉末压制成Φ35mm×10mm的Al-Ti-C预制块，压力为35MPa。

(3)将纯铝锭、Mg-30％Gd中间合金和Al-Ti-C预制块置于石墨坩埚中，并采用冰晶石覆盖剂覆盖熔体，升温至850℃-900℃保温30-60分钟后使用石墨棒搅拌，降温至720℃施加超声后浇注在预热温度为300℃模具中；超声功率为330W～350W，时间120s。

本发明得到的Al-Ti-C-Gd镁合金晶粒细化剂各组分重量百分比为：钛4-5％，碳1-4％，钆4-5％，铝86-91％。

本发明的效果和益处是通过引入超声波和稀土元素Gd，改善了C与Al熔体的润湿性，促进了Al-Ti-C中的化学反应，同时使生成的Al₂Gd、TiC、Al₄C₃颗粒在Al基体中均匀分布。本发明操作工艺简单，生产成本低，对镁合金的细化效果好，并且使其强度和韧性得到了显著提高。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。

实施方式1：

按以下质量配比称取原料：60g铝粉；12g钛粉；3g碳粉；5g镁粉。将粉末置于行星球磨机中，抽真空的条件下球磨12h，取出粉末20g，置于钢模具中并在粉末压片机中压制成Φ35mm×10mm的Al-Ti-C预制块，共4块，压力为35MPa。将质量约263g的纯铝锭、83g Mg-Gd中间合金和40gAl-Ti-C预制块置于石墨坩埚中，并采用冰晶石覆盖剂覆盖熔体，升温至850℃保温30min后使用石墨棒搅拌，扒渣，然后降温至720℃施加超声120s将超声工具头移出，扒渣，浇注在预热温度为300℃钢模具中，超声功率为330W，即得到Al-Ti-C-Gd中间合金。

实施方式2：

按以下质量配比称取原料：57g铝粉；12g钛粉；6g碳粉；5g镁粉。将粉末置于行星球磨机中，抽真空的条件下球磨12h，取出粉末20g，置于钢模具中并在粉末压片机中压制成Φ35mm×10mm的Al-Ti-C预制块，共4块，压力为35MPa。将质量约270g的纯铝锭、85g Mg-Gd中间合金和40gAl-Ti-C预制块置于石墨坩埚中，并采用冰晶石覆盖剂覆盖熔体，升温至850℃保温30min后使用石墨棒搅拌，扒渣，然后降温至720℃施加超声120s将超声工具头移出，扒渣，浇注在预热温度为300℃钢模具中，超声功率为340W，即得到Al-Ti-C-Gd中间合金。

实施方式3：