一种电弧增材用重稀土镁合金丝材的制备工艺

技术领域

本发明属于电弧增材制造材料与制备工艺领域，具体涉及一种电弧增材用重稀土镁合金丝材的制备工艺。

背景技术

电弧增材制造用重稀土镁合金是指因引入适量比的稀土提高熔融态镁合金的流动性，可降低缩孔、微裂纹等不可避免的风险，弥补了镁合金在熔炼过程中的不足，成为目前最具开发的新型工程材料之一。

随着航空、兵工、船舶等领域的快速发展，对材料的成形质量以及成形速度提出更苛刻的要求。电弧增材制造是以金属丝为加工原材料，通过配备热源机械臂逐层熔覆出高性能、结构复杂的金属件，因较高的沉积速率、较低的原材料耗损而可以解决上述出现的难题。

然而，目前电弧增材用重稀土镁合金丝材制备需要经过往复挤压、正挤压工艺等一系列繁琐步骤，而且挤压时的温度、挤压速度、挤压道次会严重影响丝材的成形质量（丝材的强韧性、圆度等），这都使得电弧增材用重稀土镁合金丝材在制备时投入了大量的人力、工时，限制了稀土镁合金丝材在电弧增材领域的进一步发展。

因此，随着电弧增材用重稀土镁合金丝材的潜在价值，如何快速、高效制备出高质量的电弧增材用重稀土镁合金丝材，成为亟待需要解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电弧增材用重稀土镁合金丝材的快速、高质量的制备工艺，该制备工艺可以利用特殊结构设计的辊拉装置在极短时间内制备出高质量的电弧增材用重稀土镁合金丝材，符合国家目前碳达峰、碳中和等重大战略发展需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电弧增材用重稀土镁合金丝材的制备工艺，包括以下步骤：

S1，将重稀土镁合金原料投入熔炉中，重稀土镁合金原料被加热至软化状态，熔炉内的推板将软化后的重稀土镁合金从熔炉的出口挤压出去，形成粗丝；

S2，所述粗丝经高频感应加热炉进入辊拉机中，对粗丝进行360度无死角丝化，同时通过辊拉机中的电磁脉冲装置进一步调控微观组织来提高丝材成形质量；

S3，对经过丝化处理的丝材进行拉拔做最后细化处理；

S4，后处理；

S5，收集。

进一步，所述重稀土镁合金原料中各元素的质量分数为：Gd 8-10%，Y 1-6%，Zr0.1-0.8%，Zn 2-5%，余量为Mg，原料纯度为99.99%。

进一步，所述熔炉内加热温度为200-300℃。

进一步，所述高频感应加热炉的感应频率为10-100 kHz，进一步保证粗丝处于软化状态。

进一步，所述S2中，对粗丝360度无死角丝化包括两次丝化处理，第一次丝化处理是对粗丝纵向细化处理，辊拉机的辊轮呈上下放置，便于对粗丝进行纵向细化处理，即丝材的上下弧面；第二次丝化处理是对辊拉机辊轮处的细丝进行二次对辊丝化处理，辊拉机的的辊轮呈左右放置，对重稀土镁合金丝材进行横向细化处理，即丝材的左右弧面。

进一步，所述S2中辊拉机的电磁脉冲装置的脉冲电流密度在3×10

进一步，所述S3中拉拔的速度为50-100mm/min。

进一步，所述S4后处理的过程为首次清洗、抛光处理、最后清洗，实现对重稀土镁合金丝材异质杂质的清洗。

进一步，所述S5收集采用丝材绕轴机，其绕轴速度为20 -50rad/min。

进一步，所述制备工艺采用的装置包括熔炉、高频感应加热炉、辊拉机、电磁脉冲装置、拉拔机、多级后处理装置及丝材绕轴机，其中，熔炉的炉口、高频感应加热炉的炉管、辊拉机的滚丝口以及拉拔机的出丝口同轴，避免挤出的重稀土镁合金粗丝材在成形过程中产生严重的变形；所述熔炉的炉膛内设电磁感应装置和推板，电磁感应装置控制推板在熔炉内左右往复移动，熔炉右侧炉口处安有第一高频感应加热炉；所述辊拉机包括第一辊拉机和第二辊拉机，所述第一高频感应加热炉右侧与第一辊拉机无缝连接，第一辊拉机右侧连接第二高频感应加热炉，第二高频感应加热炉无缝连接第二辊拉机，第一辊拉机和第二辊拉机的挤压方向相互垂直，第一辊拉机和第二辊拉机均装有电磁脉冲装置；所述第二辊拉机右侧装有拉拔机，拉拔机右侧设有多级后处理装置及丝材绕轴机。

进一步，所述推板内部设有中空结构，中空结构内部与外界氩气罐相连，将炉膛内的氧排出，推板右侧为多孔结构。

进一步，所述推板的移动速度为1-10m/min。

进一步，所述第一辊拉机的辊轮辊面中部通有半径0.1-1mm的环形凹槽，辊轮呈上下放置，便于对粗丝材进行纵向细化处理，即丝材的上下弧面。

进一步，所述第二辊拉机的辊轮辊面中部通有半径0.1-1mm的环形凹槽，辊轮呈前后放置，便于对粗丝材进行横向细化处理，即丝材的左右弧面。

进一步，所述多级后处理装置包括首次清洗装置、打磨装置、最后清洗装置，所述打磨装置为左右两侧呈对称开孔，内部装有绒布的打磨机进行打磨，打磨机磨轮中心开孔，中心内部绒布条呈环形布满磨轮孔，打磨机转速为500-1000r/min。

进一步，所述首次清洗装置中的清洗剂由体积比为三氯乙烯:全氯乙烯:二氯甲烷=1-2:1:3-5组成。

更进一步，所述打磨装置中抛光液是由金刚石抛光剂和水以混合组成，其质量比为1:3-5。

进一步，所述最后清洗装置中清洗液由乙醇、丙酮混合组成，体积比为1-3:1；实现对打磨抛光后镁合金丝材表面的除污、除垢。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、采用高频感应加热炉对挤压出的粗丝进行加热使粗丝处于软化状态，保证后续辊拉处理的进行。

2、通过两对辊拉机包括第一辊拉机和第二辊拉机对粗丝进行辊拉，确保丝材360度无死角丝化。

3、使用电磁脉冲装置调控微观组织，显著提高丝材成形质量。

4、通过首次清洗、抛光处理、最后清洗三步的后处理，实现对重稀土镁合金丝材异质杂质的清洗，提高成形丝材表面的整洁度。

附图说明

图1为本发明制备工艺所用装置的结构示意图；

图中：1、熔炉；1-1、推板；1-2、电磁感应装置；2、第一高频感应加热炉；3、第一辊拉机；4、第一电磁脉冲装置；5、第二高频感应加热炉；6、第二辊拉机；7、第二电磁脉冲装置；8、拉拔机；9、多级后处理装置；9-1、首次清洗装置；9-2、打磨装置；9-3、最后清洗装置；10、丝材绕轴机。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明电弧增材用重稀土镁合金丝材的制备工艺采用的装置如图1所示，包括熔炉1、高频感应加热炉、辊拉机、电磁脉冲装置、拉拔机、多级后处理装置及丝材绕轴机，其中，熔炉1的炉口、高频感应加热炉的炉管、辊拉机的滚丝口以及拉拔机的出丝口同轴，避免挤出的重稀土镁合金粗丝材在成形过程中产生严重的变形；所述熔炉1的炉膛内设电磁感应装置1-2和推板1-1，电磁感应装置1-2控制推板1-1在熔炉1内左右往复移动，移动速度为1-10m/min；熔炉1右侧炉口处安有第一高频感应加热炉2；所述辊拉机包括第一辊拉机3和第二辊拉机6，所述第一高频感应加热炉2右侧与第一辊拉机3无缝连接，第一辊拉机3右侧连接第二高频感应加热炉5，第二高频感应加热炉5无缝连接第二辊拉机6，第一辊拉机3和第二辊拉机6的挤压方向相互垂直，第一辊拉机3和第二辊拉机6均装有电磁脉冲装置，即第一辊拉机3装有第一电磁脉冲装置4，第二辊拉机6装有第二电磁脉冲装置7；所述第二辊拉机6右侧装有拉拔机8，拉拔机8右侧设有多级后处理装置9及丝材绕轴机10。

本发明中，所述重稀土镁合金原料中各元素的质量分数为：Gd 8-10%，Y 1-6%，Zr0.1-0.8%，Zn 2-5%，余量为Mg，原料纯度为99.99%。

本发明中，所述推板1-1内部设有中空结构，中空结构内部与外界氩气罐相连，将炉膛内的氧排出，推板1-1右侧为多孔结构，孔径为4mm。

本发明中，所述第一辊拉机3的辊轮辊面中部通有半径0.1-1mm的环形凹槽，辊轮呈上下放置，便于对粗丝材进行纵向细化处理，即丝材的上下弧面。

本发明中，所述多级后处理装置9包括首次清洗装置9-1、打磨装置9-2、最后清洗装置9-3，所述首次清洗装置9-1洗剂由体积比为三氯乙烯:全氯乙烯:二氯甲烷=1-2:1:3-5组成。所述打磨装置9-2为左右两侧呈对称开孔，内部装有绒布的打磨机进行打磨，打磨机磨轮中心开孔，中心内部绒布条呈环形布满磨轮孔，打磨机转速为500-1000r/min。本发明中，所述打磨装置9-2液是由金刚石抛光剂和水以混合组成，其质量比为1:3-5。本发明中，所述最后清洗装置9-3液由乙醇、丙酮混合组成，体积比为1-3:1；实现对抛光后镁合金丝材表面的除污、除垢。

实施例1

示例性的，以重稀土镁合金原料中各元素质量分数为：Gd 8%，Y 2%，Zr 0.3%，Zn3%，余量为Mg为例，原料纯度为99.99%。

将重稀土镁合金原料投入温度为250℃熔炉中，原料在高温下被加热至软化状态，推板将软化后的材料从炉膛内部从出口处挤压出去成形初始的较粗的丝材；被推板挤压出的粗丝进入高频感应加热炉中，加热丝材进一步保证重稀土镁合金粗丝处于软化状态；之后粗丝被传送进入第一辊拉机中对粗丝进行纵向细化处理，辊轮辊面中部通有半径0.6mm的环形凹槽，纵向细化处理后的丝材经高频感应加热炉紧接着进入第二辊拉机中对丝材进行横向细化处理，辊轮辊面中部通有半径0.6mm的环形凹槽，两对挤压方向相互垂直的辊拉机中对粗丝进行360度无死角丝化；细化过程中，在每一个辊拉机均装有电磁脉冲装置，进一步调控微观组织来提高其成形质量，特别的，第一电磁脉冲装置的电流密度为4×10

本实施例中，首次清洗用的清洗剂由体积比为三氯乙烯:全氯乙烯:二氯甲烷=1.2:1:4组成；打磨抛光时的打磨机转速为800r/min，抛光液由金刚石抛光剂和水混合质量比为1:5组成；最后清洗时的清洗液由乙醇、丙酮混合组成，体积比为2.5:1；实现对打磨抛光后镁合金丝材表面的除污、除垢。

实施例2

示例性的，以重稀土镁合金原料中各元素质量分数为：Gd 10%，Y 6%，Zr 0.8%，Zn5%，余量为Mg为例，原料纯度为99.99%。

将重稀土镁合金原料投入温度为260℃熔炉中，原料在高温下被加热至软化状态，推板将软化后的材料从炉膛内部从出口处挤压出去成形初始的较粗的丝材；被推板挤压出的粗丝进入高频感应加热炉中，加热丝材进一步保证重稀土镁合金粗丝处于软化状态；之后粗丝被传送进入第一辊拉机中对粗丝进行纵向细化处理，辊轮辊面中部通有半径0.6mm的环形凹槽，纵向细化处理后的丝材经高频感应加热炉紧接着进入第二辊拉机中对丝材进行横向细化处理，辊轮辊面中部通有半径0.6mm的环形凹槽，两对挤压方向相互垂直的辊拉机中对粗丝进行360度无死角丝化；细化过程中，在每一个辊拉机均装有电磁脉冲装置，进一步调控微观组织来提高其成形质量，特别的，第一电磁脉冲装置的电流密度为5×10

本实施例中，首次清洗用的清洗剂由体积比为三氯乙烯:全氯乙烯:二氯甲烷=1.5:1:4组成；打磨抛光时的打磨机转速为800r/min，抛光液由金刚石抛光剂和水混合质量比为1:5组成；最后清洗时的清洗液由乙醇、丙酮混合组成，体积比为2:1；实现对打磨抛光后镁合金丝材表面的除污、除垢。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。