[发明专利]一种快速沉降稀土镁合金用含溴精炼剂、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种快速沉降稀土镁合金用含溴精炼剂，组分包括CaCl₂、BaCl₂、NaCl、CaF₂、BaBr₂、溴化物和KCl；本发明精炼剂增大了比重剂的含量，提升了熔剂的密度，加入部分溴盐作助熔剂，精炼剂的铺展性、造渣能力和精炼能力得到提升，可在精炼后较短静置时间内实现镁熔体内夹杂物的充分去除，既不产生熔剂夹杂，又不会影响晶粒细化效果，有效缩短精炼工艺，尤其适用于熔体粘度高、密度大的稀土含量镁合金的精炼处理。本发明还公开了上述含溴精炼剂的制备方法和应用。

技术领域

本发明属于金属材料及冶金技术领域，特别涉及一种快速沉降稀土镁合金用含溴精炼剂、制备方法及应用。

背景技术

镁及镁合金作为最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度比刚度高、阻尼性能好、电磁屏蔽能力强的优点，轻量化潜力巨大，在航空航天、军工、汽车、3C产品等领域具有广阔的应用前景。

近年来，随着航空航天、国防军工的发展，非主承力结构件对材料的室温、高温强韧性提出了更高的要求，传统镁合金的性能渐渐难以满足服役需要。研究中发现，在镁中引入稀土元素可以有效提升镁合金的综合服役性能。稀土原子通过在热处理时固溶进镁基体，引发强烈的晶格畸变，降低基面与非基面滑移阻力差异，能起到提升合金力学性能、增加合金塑性的作用。稀土镁合金还能在后续时效过程中析出富稀土相，极大提升合金的室高温力学强度和耐热、抗蠕变性能。近几年开发稀土镁合金如VW63Z，研制的大型复杂铸件本体室温抗拉强度达到330MPa，延伸率超过3％，已在多型号航天器产品上获得批量工程应用。

但镁和稀土化学性质都十分活泼，高温下合金熔体极易与大气反应形成氧化镁、稀土氧化物、碳化物等杂质，这些杂质往往伴随着缩松，且会在镁合金中形成微裂纹，极大降低材料的力学性能，所以在熔炼镁合金时需要向熔体内加入精炼剂以除去各类夹杂物。目前针对稀土镁合金，多采用JDMJ或RJ6进行精炼。JDMJ在净化ZM5、ZM6等牌号镁合金具有优秀的精炼效果，但该熔剂含有40～50％MgCl₂，会与稀土元素如Gd、Y等反应生成稀土氯化物，产生稀土原子的化学损耗，造成稀土元素的浪费，增加了材料成本。RJ6用CaCl₂代替MgCl₂，不会造成稀土元素的烧损，在处理ZM6、EV31等低稀土含量的镁合金熔体时净化效果较佳，但是在净化稀土含量更高的合金如VW63Z时，因稀土原子总量较多，合金密度大、粘度高，导致RJ6铺展性差，净化效率一般，且易浮在熔体表面，沉降缓慢，精炼完成后需长时间静置，否则铸件中会出现严重的熔剂夹杂。而长时间静置会使稀土镁合金中比重较大的Gd、Y沉降，加剧熔体的不均匀性，使铸件中有严重的成分偏析。此外，稀土镁合金为细化晶粒，往往需要添加Zr元素，长时间静置过程中Zr也极易发生沉降，晶粒细化能力急剧下降，影响合金的性能与延伸率。针对上述现状，专利CN1537962A在精炼剂中加入稀土氯化物，以抑制稀土原子的损耗，有效提升熔体精炼效果与稀土收得率。专利CN1563445A和CN101260482A在精炼剂内加入冰晶石提升熔剂造渣能力，加入稀土化合物和锆化物以抑制稀土和Zr损耗，熔体润湿性好，杂质吸附充分，提升了熔体精炼效果。但上述熔剂在高稀土含量镁合金和大熔炼量镁合金中应用时，依旧面临沉降缓慢、难分离，静置时间长的问题，且Zr化物的加入，自身容易成为熔剂夹杂，影响精炼剂净化效率。

此外，随着铸件尺寸的增大与熔炼量的增加，为规避铸件中熔剂夹杂，需要进一步延长静置时间以使夹杂充分沉降，其结果便是晶粒粗化、比重偏析的问题进一步加剧，目前尚无良好的解决该矛盾的方法。因此，针对稀土镁合金，开发出快速沉降稀土镁合金用含溴精炼剂非常重要。

发明内容