[发明专利]含钒的镁中间合金晶粒细化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明含钒的镁中间合金晶粒细化剂及其制备方法和应用，按质量分数计，所述细化剂包括90～99％的镁，其余为钒的化合物，所述化合物为VC，VN，VC_xN_1‑x中至少一种，所述VC_xN_1‑x中，0＜x＜1。本发明还公开了几种所述含钒的镁中间合金晶粒细化剂的制备方法。本发明所述含钒的镁中间合金晶粒细化剂，钒化合物能作为镁合金有效的异质形核核心，制备成镁中间合金，添加量更容易控制，使用方便，收得率高，不受镁合金成分的限制(在含Al和不含Al的镁合金中都可以添加)，添加到镁合金中后，有效细化镁合金晶粒，强化镁及镁合金，提高镁合金的综合力学性能。

技术领域

本发明属于镁合金材料的生产加工技术领域，特别涉及一种含钒的镁中间合金晶粒细化剂及其制备方法和应用。

背景技术

镁及镁合金由于其低密度、高比强度和比刚度，好的阻尼性能，优良的铸造性能和易切销加工性等优点，受到越来越多的青睐，有望在交通运输、航空航天和电子产品等工业领域有广泛的应用。但是镁及其合金的室温强度和韧性较低，抗蠕变和抗腐蚀性能差等，又限制其发展。而晶粒细化是提高镁及其镁合金综合性能的重要手段。

向镁中添加晶粒细化剂是最简便且有效的方法。镁合金的晶粒细化主要通过合金化和变质处理来实现。当前，应用较成熟的晶粒细化剂是金属锆，但是锆有较多缺点，比如：在含Al的合金中易“中毒”而失去细化能力，价格昂贵，合金化温度较高、易沉降、收得率低等。对含铝镁合金的晶粒细化剂的研究主要集中在以下两类：

(1)添加溶质元素：一般认为溶质元素的添加，在合金凝固过程中，会在固-液界面前沿产生成分过冷，促进形核。但是添加到熔体中的合金元素的一部分将与铝或镁发生反应而生成化合物，有的甚至能形成粗大的化合物，导致合金元素对镁合金的晶粒细化作用不稳定。

(2)异质形核的方法：其中碳变质法研究认为在合金熔体中引入单质碳或者含碳的化合物，生成有效的异质形核颗粒Al₄C₃或Al₂OC达到细化晶粒的目的。但其晶粒细化效果不稳定，细化机理有争议，碳引入熔体中较困难，并且碳的加入严重影响合金的耐腐蚀性。目前新的研究，在含稀土RE(Y、Gd、Sm、Ce等)的镁合金中添加Al，原位合成具有异质形核作用的Al₂RE化合物。但生成这种化合物颗粒需要特定的合金成分和工艺条件。

200980114447.9公开了一种晶粒细化镁金属或镁基合金的方法。该方法是在镁或者镁基合金中添加金属钒，利用钒的溶质元素作用细化晶粒。虽然此专利中已公开了含钒的晶粒细化剂，但是该方法应归类于添加溶质元素，其仍存在所述的缺陷。

对于镁合金材料生产加工技术领域，还需要开发可替代的且有效的以及应用于所有或大部分镁合金的通用晶粒细化剂。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种含钒的镁中间合金晶粒细化剂及其制备方法和应用，所述细化剂利用钒化合物，起异质形核的作用细化晶粒。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、含钒的镁中间合金晶粒细化剂，按质量分数计，所述细化剂包括90～99％的镁，其余为钒的化合物，所述化合物为VC，VN，VC_xN_1-x中至少一种，所述VC_xN_1-x中，0＜x＜1。

2、所述含钒的镁中间合金晶粒细化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配比称取镁粉和钒的化合物粉末置于玛瑙罐中在氩气保护条件下球磨混合6～12h，以酒精或丙酮为球磨介质，球料比为6～10:1；