一種Zn?Mg?Ti中間合金及用于制備Mg?Zn系鎂合金的方法與流程

本發明屬于鎂合金熔鑄技術領域，特別是涉及一種zn-mg-ti中間合金及用于制備mg-zn系鎂合金的方法。

背景技術：

mg-zn系合金是一類重要的商用鎂合金，該類合金由于mgzn2相的時效析出強化使合金具有較高的強度，屬高強鎂合金。二元mg-zn合金由于晶粒粗大、鑄造熱裂傾向嚴重，目前商用mg-zn系合金中通常加入微量zr細化晶粒和改善鑄造性能，形成mg-zn-zr三元合金，其典型牌號為zk60（4.8~6.2wt%zn,0.45~0.8wt%zr，余量mg）。mg-zn-zr合金凝固結晶時，zr首先從鎂熔體中析出并作為隨后結晶的α-mg固溶體的形核基底、細化mg晶粒，在凝固結晶后期，形成α-mg+mgzn2離異共晶。mg-zn-zr合金中大量該低熔點共晶相的存在，不僅導致合金塑性成形性能惡化，而且由于共晶相與基體相之間的電位差形成的原電池反應，加劇了鎂的腐蝕，降低了鎂合金的耐腐蝕性能。如何在保持mg-zn系高強度的同時，改善合金的塑性和耐腐蝕性能，是鎂合金應用中面臨的重要問題之一。

技術實現要素：

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種zn-mg-ti中間合金及用于制備mg-zn系鎂合金的方法。

為了實現上述目的，本發明技術方案如下：

一種zn-mg-ti中間合金，其特征在于，以工業純鋅、純鎂及鈦粉為原料，其重量百分比為：ti3~5wt%，mg12~14wt%，余量為zn。

進一步，所述zn-mg-ti中間合金的制備方法，包括如下步驟：

（1）采用將鈦粉夾于兩層鋅塊之間的布料方式，將鋅和鈦粉置于坩堝爐內，在co2+sf6混合氣體保護氣氛下，升溫至500~600℃，使鋅全部熔化，并適當攪拌；

（2）在熔體中加入純鎂，繼續升溫至720~780℃，待鎂全部熔化后保溫30~60min，保溫期間每間隔10~15min攪拌一次，然后加入精煉劑除渣精煉；

（3）將合金熔體澆注成型即得zn-mg-ti中間合金。

進一步，所述zn-mg-ti中間合金用于制備mg-zn系鎂合金的方法，包括以下步驟：

（1）在co2+sf6混合氣體保護氣氛下，于坩堝爐中加熱熔化工業純鎂，保溫5~10min，扒渣；

（2）調整坩堝爐溫至700~740℃，加入上述zn-mg-ti中間合金，加入量為6~8wt%；待全部熔化后，攪拌，保溫10~40min，然后加入精煉劑除渣精煉；

（3）將合金熔體澆注于預熱至~350℃的模具中，獲得mg-zn-ti鎂合金。

相比現有技術，本發明具有如下有益效果：

1、本發明提供的zn-mg-ti中間合金，在所述成分范圍內形成zn-mg-ti三元相，其熔點在720℃左右（在所述成分范圍內視成分不同稍有差異），非常適合于添加于鎂熔體中，克服了由于ti的熔點遠高于鎂的沸點及ti在鎂中的固溶度很低而造成的ti添加難度大和工藝復雜的問題，從而在mg-zn系合金中成功實現了ti的微合金化改性。

2、由于zn-mg-ti中間合金的加入，不僅有效細化了mg-zn合金晶粒，而且改變了合金的凝固路徑，使得所得到的mg-zn-ti鎂合金中的α-mg+mgzn2共晶相的數量大大減少，合金的塑性和耐腐蝕性能明顯提高。與mg-zn-zr合金不同，mg-zn-ti合金中的α-mg+mgzn2共晶相的數量大大減少，這一方面減輕了共晶相帶來的腐蝕問題，另一方面改善了塑性，與此同時，zn元素更多的溶解于鎂基體中，可以提高時效析出mgzn2相帶來的強化效果，有利于合金強度的提升。

3、本發明提供的zn-mg-ti中間合金及用于制備mg-zn系鎂合金的方法，采用ti對mg-zn系合金進行微合金化改性，不僅可以起到商用合金中添加zr的晶粒細化作用，還具有ti的性能特點所帶來的優勢，包括密度小、耐蝕性強等，因而改善了mg-zn系鎂合金的耐腐蝕性能。結果表明，與zk60鎂合金相比，本發明提供的mg-zn-ti合金的塑性延伸率提高了25~75%，而腐蝕速度降低。

附圖說明

圖1（a）和（b）是含鋅量相同的mg-zn二元和mg-zn-ti三元鎂合金均勻化態的金相顯微組織照片。

圖2是本發明實施例1和實施例2獲得的mg-zn-ti合金以及商用zk60鎂合金在3.5%nacl溶液中的析氫速度曲線。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。

實施例1：

一種zn-mg-ti中間合金，以工業純鋅、純鎂及鈦粉為原料，其重量百分比為：ti4.6%，mg12.8%，余量為zn。

采用將鈦粉夾于兩層鋅塊之間的布料方式，將鋅和鈦粉置于坩堝爐內，在co2+sf6混合氣體保護氣氛下，升溫至500℃，使鋅全部熔化，并適當攪拌；然后，在熔體中加入純鎂，繼續升溫至720℃，待鎂全部熔化后保溫40min，保溫期間每間隔約10min攪拌一次，然后加入精煉劑除渣精煉；最后，將合金熔體澆注成型即得zn-mg-ti中間合金。

本發明提供的將該zn-mg-ti中間合金用于制備mg-zn系鎂合金的方法，首先，在co2+sf6混合氣體保護氣氛下，于坩堝爐中加熱熔化工業純鎂，保溫5min，扒渣；接著，調整坩堝爐溫至720℃，加入上述zn-mg-ti中間合金，加入量為7.5wt%；待全部熔化后，攪拌，保溫30min，然后加入精煉劑除渣精煉；最后，將合金熔體澆注于預熱至~350℃的模具中，獲得成分為mg-6.2wt%zn-0.35wt%ti的mg-zn-ti三元鎂合金。

實施例2：

一種zn-mg-ti中間合金，以工業純鋅、純鎂及鈦粉為原料，其重量百分比為：ti3.4%，mg13.6%，余量為zn。

采用將鈦粉夾于兩層鋅塊之間的布料方式，將鋅和鈦粉置于坩堝爐內，在co2+sf6混合氣體保護氣氛下，升溫至600℃，使鋅全部熔化，并適當攪拌；然后，在熔體中加入純鎂，繼續升溫至780℃，待鎂全部熔化后保溫60min，保溫期間每間隔約15min攪拌一次，然后加入精煉劑除渣精煉；最后，將合金熔體澆注成型即得zn-mg-ti中間合金。

本發明提供的將該zn-mg-ti中間合金用于制備mg-zn系鎂合金的方法，首先，在co2+sf6混合氣體保護氣氛下，于坩堝爐中加熱熔化工業純鎂，保溫10min，扒渣；接著，調整坩堝爐溫至735℃，加入上述zn-mg-ti中間合金，加入量為6wt%；待全部熔化后，攪拌，保溫10min，然后加入精煉劑除渣精煉；最后，將合金熔體澆注于預熱至~350℃的模具中，獲得成分為mg-5.0wt%zn-0.28wt%ti的mg-zn-ti三元鎂合金。

本發明提供的zn-mg-ti中間合金，成功實現了mg-zn系合金的ti微合金化改性，有效細化了mg-zn合金晶粒，附圖1（a）和（b）分別是含鋅量相同的mg-zn二元和mg-zn-ti三元鎂合金均勻化態的金相顯微組織照片，照片顯示，與mg-zn合金相比，mg-zn-ti合金的晶粒尺寸明顯細化；從組織照片中還可以觀察到，mg-zn-ti合金中的第二相數量明顯少于mg-zn合金，說明ti微合金化改性明顯減少了α-mg+mgzn2共晶相的數量、有助于促進zn在基體中的溶解。這不僅有助于改善合金的耐腐蝕性能，還可以提高合金的塑性。

為了進一步說明該效果，將本發明實施例1和實施例2獲得的mg-zn-ti合金，以及商用zk60合金，在3.5%nacl溶液中浸泡，測定各合金的析氫速度曲線，如附圖2所示。從圖2可以看出，zk60鎂合金的腐蝕速度最大，而本發明實施例1和實施例2獲得的mg-zn-ti合金，其腐蝕速度均有不同程度的降低，表明合金的耐腐蝕性能得到了改善。同時，對合金經過相同的熱擠壓制備成棒材，測試合金棒材的力學性能。結果表明，與zk60鎂合金相比，本發明提供的mg-zn-ti合金的塑性延伸率提高了25~75%。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。