[发明专利]一种适用于不同铝含量镁合金的晶粒细化剂及其制备方法

说明书

一种适用于不同铝含量镁合金的晶粒细化剂及其制备方法，其属于镁及镁合金改性的技术领域。本发明制备的细化剂中弥散分布着不同粒径的VB₂颗粒相和MgAl₂O₄颗粒相，可以在镁合金凝固过程中作为α‑Mg的异质形核位点，从而高效细化镁合金。本发明制备的含铝镁合金的晶粒细化剂具有良好的细化作用、对于不同铝含量的镁合金具有普适性、抗细化衰退性强。制备的细化剂对不同铝含量的镁合金均有明显的细化效果，且具有良好的抗细化衰退性；该细化剂的制备方法简便，原料易得，适用于大规模的工业生产应用。

技术领域

本发明属于镁及镁合金的改性领域，涉及一种镁合金的晶粒细化方法。

背景技术

镁合金产品的最大的应用领域是压铸行业，主要集中在汽车、航空和3C领域。当前，铸造镁合金牌号众多，其中多领域大规模应用的合金系列当属Mg-Al系合金，由于其工艺稳定、成本低、烧损较小等优点，在汽车、电子、航空航天和国防军事等领域具有极大的应用价值和广阔的应用前景。因此，采用经济、高效的手段来提高镁合金的力学性能和铸造性能是满足工业需求、拓宽镁合金应用范围的必要举措之一，也是我国未来镁合金研究领域的迫切要求。

研究发现晶粒细化可以大幅度提升镁合金的强度，同时还能有效地提高镁合金的塑性，对改善合金的组织、提高其塑性成形能力以及力学性能具有十分重要的意义。另一方面，晶粒细化可以使凝固合金中存在更高体积分数的枝晶搭接点，有利于液态合金的补缩，提升合金的流动性。可见，晶粒细化是提高镁合金综合性能极为理想的手段，因此对镁合金晶粒细化的研究受到广泛的关注。晶粒细化剂的研发对提高Mg-Al系合金性能、促进镁合金制品的应用意义重大。

目前含铝镁合金的晶粒细化主要集中在过热法、Elfinal法、施加外场、碳孕育处理和合金化等技术的研究。其中过热法、Elfinal法和施加外场的方法存在能耗大、污染环境以及成本高等问题，一直没能成功地应用于商业化生产。目前工业生产常用晶粒细化方法是的碳孕育处理和添加合金化元素。其中碳孕育处理是向镁合金中添加碳粉、含碳气体和含碳化合物，一般含碳的原料易得但是效果并不显著，并且碳质处理时存在C与镁熔体润湿性不佳的现象，并且碳孕育处理的细化效果并不稳定，保温一定时长后细化效果出现明显的衰退现象。对于向镁合金添加合金化元素，也具有一定的局限性，因为合金元素一方面通过溶质限制作用来限制镁合金晶粒的长大；另一方面是合金化元素会与镁合金中特定的元素形成中间化合物，在熔体中起到异质形核的作用，常用的合金化元素有Ca、Sr和稀土元素等。但是合金化元素一方面增加了镁合金的密度和成本，另一方面合金化元素的选择要根据特定的镁合金体系，不同的合金体系需要不同的合金化元素来进行组织细化。但是目前商业用且普适性较强的镁合金晶粒细化剂仍没有出现。因此我们急需找寻一种高效、无污染、适用性强的镁合金晶粒细化剂。

公开号为CN 108866344A的专利涉及了通过镁合金添加MgAl₂O₄粉末作为细化剂的细化方法，虽说具有一定的细化能力，但是专利提及的直接向熔体中添加粉末的方法会导致形核颗粒相的团聚和与熔体之间的不润湿，导致细化效率的降低，另外直接粉末的添加也不适用于大规模的镁合金生产。公开号为CN 113512675A的专利涉及了一种Ti-Zr-RE-Mg晶粒细化剂，该细化剂中颗粒相细小、分布均匀并且杂质含量低。但是其制备过程是将纯Ti与纯Zr为原料通过真空感应熔炼、电磁搅拌和气雾化，随后进行高能球磨，最后进行粉体压实。制备过程繁琐，且能耗较高。公开号为CN 101886196A和CN 112921225A的专利涉及了碳孕育处理来细化镁合金，主要利用向镁合金中引入Al₄C₃颗粒相作为镁晶粒的异质形核位点，促进高效形核。但是该方法受限于镁合金的种类，且细化效果不稳定。因此开发出制备简单、添加方式便捷、稳定性高和适用性强的镁合金晶粒细化剂是目前亟需解决的重要问题。

发明内容