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        一種鈣/氧化鎂晶粒細化劑及其制備方法和應用

        發布時間:2020-02-24

        推薦學校:安徽工業大學 合作方式:
        聯系人:彭國勝,陳康華,陳送義 所處階段:

         知識產權歸屬狀態:
           

        項目內容:

        【成果完成人】 彭國勝 陳康華 陳送義

        【第一完成單位】 安徽工業大學

        【成果簡介】

        ①課題來源與背景: 晶粒細化可以同時提高材料的強度和塑性,是獲取優質鎂錠、改善鎂材質量的重要途徑。目前90%的鎂合金主要在鑄態下使用,因此鎂合金鑄態組織的晶粒細化尤為重要。目前鎂合金的晶粒細化有兩種方式:一種是借助外場作用;另一種是加入晶粒細化劑。借助外來能量需要特殊的設備和工藝,在實際工業生產中較難實現,并且還受生產條件等的限制,其作用有限,過程不易控制。在工業生產條件下, 只有添加細化劑是最簡便而有效的方法,也是鎂熔體處理技術的重要組成部分。添加晶粒細化劑實現鎂合金的晶粒細化按合金種類分二種情況: 第一種情況是含鋁鎂合金的晶粒細化。普遍采用過熱、碳或含碳化合物添加。該類細化劑晶粒細化效果的穩定性限制其在工業上的大規模應用。第二種情況是不含鋁鎂合金的晶粒細化。 普通采用加入鎂鋯中間合金方法實現晶粒細化。但在實際應用中,該細化劑也存在貴金屬鋯用量大,鋯元素化學性質活潑,易與其它元素反應失效等問題。因此急需開發一種高效通用型的晶粒細化劑,且要求這類晶粒細化劑制備成本較低,使用方便,適合工業大規模的生產,且對環境友好。

        ②技術原理及性能指標: 外加的氧化鈣粉末在純鎂熔液中不穩定,易被純鎂還原生成氧化鎂和鈣,其中鈣元素原位吸附在還原的氧化鎂表面,形成典型的殼核結構。吸附在氧化鎂表面的鈣元素一方面通過形成過渡中間化合物形式提高氧化鎂對鎂及其合金的形核能力,另一方面防止氧化鎂顆粒在鎂熔體內的團聚,最終達到有效細化鎂晶粒的效果。本專利晶粒細化劑具體制備方法是: 在六氟化硫和氮氣混合氣體保護下, 純鎂加熱至半凝固態;加入氧化鈣粉末, 攪拌使其均勻混入半凝固態的鎂液中; 升高爐溫至鎂液完全熔化,高溫靜置后澆入鐵鑄模鑄后得目標產物。本發明的晶粒細化劑采用直接添加方法使用,用量少(僅為熔體質量分數的0.1-1%),目前已在商業級純鎂和Mg-3Zn合金中取得較好地晶粒細化效果,更重要的是使用該類晶粒細化劑的鎂熔體在凝固過程中對冷卻速度不敏感,重復性較好,在不同的凝固冷卻條件或高溫長時間靜置不攪拌的情況下仍能保持好的晶粒細化效果; 該晶粒細化劑制備成本較低,添加工藝簡單,適于工業化生產。

        ③ 技術的創造性與先進性: 與現有技術相比, 本發明具有以下技術效果: 1、 本發明細化劑的制備方法簡單易控, 價格便宜, 易于實現工業化生產。 2、 本發明制備的晶粒細化劑粒徑分布均勻, 添加方式簡單。 3、 本發明制備的晶粒細化劑對鎂及其合金的晶粒細化效果明顯。 4、 本發明制備的晶粒細化劑在不同的凝固冷卻條件或高溫長時間靜置不攪拌的情況下均仍能保持好的晶粒細化效果。 ④技術的成熟程度,適用范圍和安全性: 目前該成果已完成實驗室級別的驗證,正在開展中試級別的鎂合金晶粒細化試驗;該晶粒細化劑在純鎂及Mg-3Zn合金中均具有較好的細化效果且對凝固冷速不敏感,重復性較好;該類晶粒細化劑制備和使用過程中對環境友好。 ⑤應用情況及存在的問題 目前該技術剛完成實驗室規模的小試,尚未開展工業級別的驗證實驗,因此,,放大實驗后晶粒細化劑可能出現的情況還需進一步研究;另外,目前面臨的問題是尋找一家有投資意向的鎂合金生產廠家共同推進新型鎂合金晶粒細化劑的產業化。

        【成果類別】 應用技術

        【研究起止時間】 2016-12~2018-06

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