【成果完成人】 彭国胜 陈康华 陈送义

【第一完成单位】 安徽工业大学

【成果简介】

①课题来源与背景： 晶粒细化可以同时提高材料的强度和塑性,是获取优质镁锭、改善镁材质量的重要途径。目前90%的镁合金主要在铸态下使用,因此镁合金铸态组织的晶粒细化尤为重要。目前镁合金的晶粒细化有两种方式：一种是借助外场作用;另一种是加入晶粒细化剂。借助外来能量需要特殊的设备和工艺,在实际工业生产中较难实现,并且还受生产条件等的限制,其作用有限,过程不易控制。在工业生产条件下, 只有添加细化剂是最简便而有效的方法,也是镁熔体处理技术的重要组成部分。添加晶粒细化剂实现镁合金的晶粒细化按合金种类分二种情况： 第一种情况是含铝镁合金的晶粒细化。普遍采用过热、碳或含碳化合物添加。该类细化剂晶粒细化效果的稳定性限制其在工业上的大规模应用。第二种情况是不含铝镁合金的晶粒细化。 普通采用加入镁锆中间合金方法实现晶粒细化。但在实际应用中,该细化剂也存在贵金属锆用量大,锆元素化学性质活泼,易与其它元素反应失效等问题。因此急需开发一种高效通用型的晶粒细化剂,且要求这类晶粒细化剂制备成本较低,使用方便,适合工业大规模的生产,且对环境友好。

②技术原理及性能指标： 外加的氧化钙粉末在纯镁熔液中不稳定,易被纯镁还原生成氧化镁和钙,其中钙元素原位吸附在还原的氧化镁表面,形成典型的壳核结构。吸附在氧化镁表面的钙元素一方面通过形成过渡中间化合物形式提高氧化镁对镁及其合金的形核能力,另一方面防止氧化镁颗粒在镁熔体内的团聚,最终达到有效细化镁晶粒的效果。本专利晶粒细化剂具体制备方法是： 在六氟化硫和氮气混合气体保护下, 纯镁加热至半凝固态;加入氧化钙粉末, 搅拌使其均匀混入半凝固态的镁液中; 升高炉温至镁液完全熔化,高温静置后浇入铁铸模铸后得目标产物。本发明的晶粒细化剂采用直接添加方法使用,用量少(仅为熔体质量分数的0.1-1%),目前已在商业级纯镁和Mg-3Zn合金中取得较好地晶粒细化效果,更重要的是使用该类晶粒细化剂的镁熔体在凝固过程中对冷却速度不敏感,重复性较好,在不同的凝固冷却条件或高温长时间静置不搅拌的情况下仍能保持好的晶粒细化效果; 该晶粒细化剂制备成本较低,添加工艺简单,适于工业化生产。

③ 技术的创造性与先进性： 与现有技术相比, 本发明具有以下技术效果： 1、 本发明细化剂的制备方法简单易控, 价格便宜, 易于实现工业化生产。 2、 本发明制备的晶粒细化剂粒径分布均匀, 添加方式简单。 3、 本发明制备的晶粒细化剂对镁及其合金的晶粒细化效果明显。 4、 本发明制备的晶粒细化剂在不同的凝固冷却条件或高温长时间静置不搅拌的情况下均仍能保持好的晶粒细化效果。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性： 目前该成果已完成实验室级别的验证,正在开展中试级别的镁合金晶粒细化试验;该晶粒细化剂在纯镁及Mg-3Zn合金中均具有较好的细化效果且对凝固冷速不敏感,重复性较好;该类晶粒细化剂制备和使用过程中对环境友好。 ⑤应用情况及存在的问题 目前该技术刚完成实验室规模的小试,尚未开展工业级别的验证实验,因此,,放大实验后晶粒细化剂可能出现的情况还需进一步研究;另外,目前面临的问题是寻找一家有投资意向的镁合金生产厂家共同推进新型镁合金晶粒细化剂的产业化。

【成果类别】 应用技术

【研究起止时间】 2016-12～2018-06