Mg-Al基合金的铝钴晶粒细化剂及其制备方法和使用方法 【技术领域】
本发明涉及一种晶粒细化剂及其制备方法和使用方法，具体涉及一种Mg-Al基合金的铝钴晶粒细化剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
镁合金虽然在交通、航空航天及通讯诸领域有着广阔的应用前景，但要扩大镁合金的应用范围，还必须解决镁及其合金自身存在的问题。镁及其合金基体为密排六方结构，室温下只有一个基面滑移系，室温变形能力差，难以加工成形；镁的化学性质活泼，标准电极电位很低，形成的自然氧化膜不够致密，故镁合金耐蚀性很差；镁合金的室温强度低，铸造镁合金的抗拉强度不足300MPa，变形镁合金强度不足400MPa，不能满足承力件的性能要求。而晶粒细化是解决上述问题，提高铸态镁合金及其综合性能的重要手段。
目前，Mg-Al基合金晶粒细化的方法有很多种，如过热法，碳质孕育法，微合金化等。普遍采用的碳质孕育法是往镁合金中添加C2Cl6或CCl4，这些变质剂在加入后产生氯气，对环境和人体产生严重的危害，而且在很短时间内(20～30min)其细化效果就容易褪化，需要进行二次变质处理。一些研究者还通过加入Mg-Al-C、Al-C、Al-Ti-C中间合金，加入纯Al4C3、SiC粒子等方式细化Mg-Al基合金，但这些合金和粒子制备工艺较为复杂。
【发明内容】
针对现有Mg-Al基合金的晶粒细化剂制备工艺复杂的问题，本发明提供一种Mg-Al基合金的铝钴晶粒细化剂及其制备方法和使用方法。
本发明的铝钴晶粒细化剂的成分按重量百分比为Al 20～34％，Co 66～80％，粒径为25～35μm。
1、将金属铝和金属钴按重量百分比为Al 20～34％，Co 66～80％配料，获得混合金属。
2、对混合金属进行清洗，清洗方法是将混合金属在频率为40～60KHz的超声波条件下，用有机溶剂乙醇或丙酮清洗，清洗时间为3～5min。
3、将清洗后的混合金属置于电弧炉中，对电弧炉抽真空，再充入氩气至电弧炉内气压为0.02～0.04MPa；其中电弧炉抽真空要求气压为1×10-3～5×10-3MPa。对混合金属进行四次熔炼，熔炼时施加的电压为20～45V，电流为200～350A，每次熔炼用时2～3min。将熔炼后的合金物理破碎成粒径为25～35μm的颗粒，获得铝钴晶粒细化剂。
本发明的铝钴晶粒细化剂的使用方法为：
熔炼Mg-Al基合金时，在Mg-Al基合金熔液温度为700～750℃条件下，将用铝箔包裹的铝钴晶粒细化剂置于Mg-Al基合金熔液中，然后搅拌均匀后静置20～60min，铝钴晶粒细化剂的加入量为Mg-Al基合金熔液总重量的0.5～2.5％。
静置结束后除渣、浇注，获得的Mg-Al基合金的晶粒平均细化率为50％左右。
本发明的制备方法获得的铝钴晶粒细化剂为块状铝钴中间合金产品。本发明的产品制备方法及使用方法简单，产品的添加量和细化效果易于控制，以微量加入可达到很好细化的目的，且细化效果在1h内不发生褪化。
【附图说明】
图1为本发明实施例1中制备的铝钴晶粒细化剂的X射线衍射图谱，图中a为铝钴相。
图2为本发明实施例1中的0#AZ31镁铝基合金的金相显微照片。
图3为本发明实施例1中的1#AZ31镁铝基合金的金相显微照片。
图4为本发明实施例1中的2#AZ31镁铝基合金的金相显微照片。
图5为本发明实施例1中的3#AZ31镁铝基合金的金相显微照片。
图6为本发明实施例1中的4#AZ31镁铝基合金的金相显微照片。
图7为本发明实施例1中的5#AZ31镁铝基合金的金相显微照片。
【具体实施方式】
本发明实施例中采用的金属铝的重量纯度≥99.99％，金属钴的重量纯度≥99.88％，金属锌的重量纯度≥99.99％，金属镁的重量纯度≥99.95％。
本发明实施例中采用的乙醇为工业酒精，采用的丙酮为工业用丙酮。
本发明实施例中采用的超声波设备型号为KUDOS-SK3300LHC。
本发明实施例中采用的密闭容器为石英管。
本发明实施例中采用的电阻炉为MRL-8型井式电阻炉。
本发明实施例中采用的坩埚为高强石墨坩埚。
本发明实施例中采用的角磨机为德国威固VG100DE型角磨机，工作条件为500r/min。
实施例1
将金属铝和金属钴混合配料，其中金属铝按重量百分比占混合物料的30％，金属钴按重量百分比占混合物料的70％，获得混合金属。
将混合金属在频率为40KHz的超声波条件下用有机溶剂清洗，清洗时间为3min，有机溶剂为乙醇。
将清洗后地混合金属置于电弧炉中，对电弧炉抽真空，再充入氩气至电弧炉内气压为0.02MPa；其中电弧炉抽真空至气压为1×10-3MPa。
对混合金属进行熔炼，熔炼时施加的电压为45V，电流为200A，熔炼用时2min，按上述方式反复熔炼四次；然后物理破碎成粒径为25～35μm的颗粒，获得铝钴晶粒细化剂，其成分按重量百分比为Al 30％，Co 70％，X射线衍射谱图如图1所示。
采用金属铝、金属镁、金属锌制备AZ31镁铝基合金，将金属铝、金属镁、金属锌根据要求配比备料，然后分别用角磨机打磨光亮，再放入干燥箱中，在200℃条件下加热10min，然后放入清洗干净的坩埚中，将坩埚置于电阻炉中，给电阻炉加热至400～500℃，通入保护气体，保护气体为N2+SF6混合气体，混合气体中氮气与SF6气体的混合比例按体积比为1000∶2。
继续加热电阻炉至温度为750℃，坩埚中金属全部熔化，将用铝箔包裹的铝钴晶粒细化剂加入到金属熔液中，加入量分别为全部为Mg-Al基合金熔液总重量的0.5％，1％，1.5％，2％，2.5％，然后搅拌均匀后静置60min。
静置结束后扒去合金熔液表面的氧化物渣体、浇注到预热温度为250℃的铁质铸模中，按铝钴晶粒细化剂的加入量为Mg-Al基合金熔液总重量的0.5％，1％，1.5％，2％，2.5％，分别获得1#、2#、3#、4#、5#AZ31镁铝基合金，然后在400℃等温处理4h后的金相显微照片分别如图3、4、5、6、7所示。
按上述方法在不加入铝钴晶粒细化剂的情况下制备AZ31镁铝基合金，获得0#AZ31镁铝基合金，然后在400℃等温处理4h后的金相显微照片如图2所示。
由图2、3、4、5、6、7可见，使用铝钴晶粒细化剂后，与不使用晶粒细化剂相比，AZ31镁铝基合金的平均晶粒尺寸由92μm降低至43～46μm，细化效率达到50～53％。
实施例2
将金属铝和金属钴混合配料，其中金属铝按重量百分比占混合物料的20％，金属钴按重量百分比占混合物料的80％，获得混合金属。
将混合金属在频率为60KHz的超声波条件下用有机溶剂清洗，清洗时间为5min，有机溶剂为乙醇。
将清洗后的混合金属置于电弧炉中，对电弧炉抽真空，再充入氩气至电弧炉内气压为0.04MPa；其中电弧炉抽真空至气压为5×10-3MPa。
对混合金属进行熔炼，熔炼时施加的电压为30V，电流为270A，熔炼用时3min，按上述方式反复熔炼四次；然后物理破碎成粒径为25～35μm的颗粒，获得铝钴晶粒细化剂，其成分按重量百分比为Al 20％，Co 80％。
采用金属铝、金属镁、金属锌制备AZ31镁铝基合金，将金属铝、金属镁、金属锌根据要求配比备料，然后分别用角磨机打磨光亮，再放入干燥箱中，在200℃条件下加热10min，然后放入清洗干净的坩埚中，将坩埚置于电阻炉中，给电阻炉加热至400～500℃，通入保护气体，保护气体为N2+SF6混合气体，混合气体中氮气与SF6气体的混合比例按体积比为1000∶2。
继续加热电阻炉至温度为700℃，坩埚中金属全部熔化，将用铝箔包裹的铝钴晶粒细化剂加入到金属熔液中，加入量分别为全部为Mg-Al基合金熔液总重量的0.5％，1％，1.5％，2％，2.5％，然后搅拌均匀后静置40min。
使用铝钴晶粒细化剂后，与不使用晶粒细化剂相比，AZ31镁铝基合金的平均晶粒细化效率达到50～53％。
实施例3
将金属铝和金属钴混合配料，其中金属铝按重量百分比占混合物料的34％，金属钴按重量百分比占混合物料的66％，获得混合金属。
将混合金属在频率为50KHz的超声波条件下用有机溶剂清洗，清洗时间为4min，有机溶剂为丙酮。
将清洗后的混合金属置于电弧炉中，对电弧炉抽真空，再充入氩气至电弧炉内气压为0.03MPa；其中电弧炉抽真空至气压为3×10-3MPa。
对混合金属进行熔炼，熔炼时施加的电压为20V，电流为350A，熔炼用时2.5min，按上述方式反复熔炼四次；然后物理破碎成粒径为25～35μm的颗粒，获得铝钴晶粒细化剂，其成分按重量百分比为Al 34％，Co 66％。
采用金属铝、金属镁、金属锌制备AZ31镁铝基合金，将金属铝、金属镁、金属锌根据要求配比备料，然后分别用角磨机打磨光亮，再放入干燥箱中，在200℃条件下加热10min，然后放入清洗干净的坩埚中，将坩埚置于电阻炉中，给电阻炉加热至400～500℃，通入保护气体，保护气体为N2+SF6混合气体，混合气体中氮气与SF6气体的混合比例按体积比为1000∶2。
继续加热电阻炉至温度为720℃，坩埚中金属全部熔化，将用铝箔包裹的铝钴晶粒细化剂加入到金属熔液中，加入量分别为全部为Mg-Al基合金熔液总重量的0.5％，1％，1.5％，2％，2.5％，然后搅拌均匀后静置20min。
使用铝钴晶粒细化剂后，与不使用晶粒细化剂相比，AZ31镁铝基合金的平均晶粒细化效率达到50～53％。