[发明专利]稀土镁合金的半固态浆料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料半固态成形技术领域，涉及一种金属半固态浆料制备方法，尤其是一种稀土镁合金的半固态浆料制备方法。

背景技术

半固态流变成形技术是由合金熔体在凝固到固液区间直接在一定的成形工艺(压铸、挤压铸造等)下成形得到零件，由于缩短了材料制备过程的一些加工环节，大大节约了产品零件加工制造过程的成本，因而成为未来一种极具希望的材料加工手段。高强耐热稀土镁合金是近年来发展的一种具有极大应用价值的合金材料，其在保持了镁合金的低密度、高比强度等优点的基础上，具有较高的室温与高温力学性能，在航空航天等关键零件的应用上具有极大的应用潜力。采用半固态成形的方法制备稀土镁合金材料，可在保留原有合金的高性能的基础上实现短流程加工制造。

半固态浆料的制备技术是实现流变成形的首要环节，传统的半固态浆料制备方法往往通过施加外加物理场的方式来实现，如采用机械搅拌法、双螺杆搅拌法、气泡搅拌法、电磁搅拌法及超声振动法等，这些外加物理场制备半固态浆料的方法都是通过在熔体中产生强烈的搅拌与剪切作用而促使球形半固态浆料组织的形成，但这些外加物理场所产生的搅拌作用不可避免地会使金属熔体与外界发生暴露，因而镁合金便发生氧化，通过不断的搅拌新的金属液与空气接触产生更强烈的氧化作用使得合金熔体中氧化夹杂含量提高。这些留存的氧化夹杂会在后续的成形过程中保留下来，从而在合金零件服役时影响合金的性能。

M.Qian发表在2006年第54卷《Acta Materialia》的文章“Creation of semisolid slurries containing fine and spherical particles by grain refinement based on the Mullins-Sekerka stability criterion”中以固液界面稳定性为判据，从理论与实验的角度验证了采用Zr细化的方式制备不含铝的镁合金半固态浆料的可行性，其结论表明只有当添加足够含量的镁锆中间合金才能获得一定含量的溶解锆和未溶解锆，因而实现半固态浆料的制备。采用锆细化的方法制备半固态浆料，操作简便、方便实现；同时这种无扰动的方式，避免了外加物理场的引入，大大减少了半固态浆料熔体与空气的暴露接触，浆料纯净度得到很大的提高。但采用Zr细化的方法，需要添加超过1.5％的锆来实现半固态浆料的制备，而镁锆中间合金是一种工程应用上较为昂贵的材料，其制备过程复杂，工序流程长；且该中间合金在空气中暴露易于氧化，作为中间合金引入时带入了大量的夹杂物，对熔体纯净度影响较大。因而有必要寻找一种能够替代锆作为镁合金半固态制浆的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷，提供一种稀土镁合金的半固态浆料制备方法。本发明发现在稀土镁合金(Mg-RE)中添加纯铝可以在高温下原位生成Al₂RE颗粒金属间化合物，其与镁基体存在特定的晶体学取向关系，可以作为镁的形核基底，即Al₂RE可以成为一种新的镁合金晶粒细化剂。具体而言，本发明的技术方案是在促进晶粒形核、抑制晶粒长大的基础上进行的：采用在含稀土镁合金熔体中添加低成本的纯铝，高温下与稀土原位反应生成Al₂RE颗粒相；通过合理控制凝固冷却条件实现流变成形。该方法可以解决传统外加物理场产生的熔体搅动与空气接触产生氧化夹杂的问题，也可以避免使用昂贵的镁锆中间合金；且由于铝的添加收得率稳定、成分易于控制，因而提供了一种低成本的稀土镁合金半固态浆料制备手段，为稀土镁合金的半固态流变成形提供了理论基础。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明涉及一种稀土镁合金的半固态浆料制备方法，所述方法包括如下步骤：

A、合金熔炼：根据稀土镁合金中各元素配比，在700℃～750℃的镁液中依次加入Mg-RE中间合金、非稀土合金元素的中间合金或纯金属块料，熔化形成熔体；所述熔体温度回升至720℃～780℃之间保温，加入纯铝，溶解，去浮渣，得合金熔体；在720℃～780℃温度下加入占所述合金熔体总量的1％～2％的精炼剂进行精炼；

B、半固态浆料制备：将所述精炼后的合金熔体浇注到300℃～600℃的中间包中，控制中间包中的合金熔体冷却速率在2～20℃／分钟；待所述合金熔体冷却至该合金液相线以下0～20℃时，即得所述稀土镁合金的半固态浆料。半固态浆料的质量控制是通过中间包的预热条件及保温条件来调控。