含有锆和镁的中间合金及其生产方法和用途

技术领域

本发明涉及一种含有锆和镁的中间合金及其生产方法和用途。

背景技术

镁合金具有优异的性能，在各个领域得到了广泛的应用。研究发现，向镁合金中加入锆能够使镁合金的晶粒得到细化。在镁合金结晶的过程中锆质点优先析出，由于锆质点具有和镁相同的密排六方晶格结构以及相近的晶格常数，因此可以作为合金结晶时的异质形核的核心，从而有效细化合金的铸造组织，提高组织的均匀性和性能的稳定性。

CN114182130A公开了一种镁合金用精炼剂。该精炼剂包括如下质量配比的组分：CaCl

CN108048718A公开了一种镁锆中间合金的生产方法。在CO

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种含有锆和镁的中间合金的生产方法。该生产方法能够有效地减小中间合金中锆颗粒的粒径。进一步地，该方法能够降低中间合金中的盐含量。

本发明的另一个目的在于提供一种含有锆和镁的中间合金。

本发明的再一个目的在于提供一种含有锆和镁的中间合金的用途。

上述目的通过如下技术方案来实现。

一方面，本发明提供了一种含有锆和镁的中间合金的生产方法，包括如下步骤：

在保护气体的存在下，将镁和金属RE形成稀土-镁合金液；在保护气体的存在下，将氯化物颗粒与稀土-镁合金液反应，得到含有锆和镁的中间合金；

其中，所述氯化物颗粒中包含如下组分：

氯化锆20～80wt％，

氯化钾10～40wt％，和

氯化钠10～40wt％；

其中，所述金属RE选自镧、铈、镨或钕中的一种或多种。

根据本发明的生产方法，优选地，所述氯化物颗粒由包括氯化锆、氯化钾和氯化钠的混合物经过熔化、浇注和破碎得到。

根据本发明的生产方法，优选地，所述氯化物颗粒的粒径为0.1～0.5mm。

根据本发明的生产方法，优选地，所述保护气体包括体积比为(15～25):1的惰性气体和SF

根据本发明的生产方法，优选地，镁的用量为50～150重量份，金属RE的用量为14～35重量份，氯化物颗粒的用量为75～250重量份。

根据本发明的生产方法，优选地，将金属RE加入到搅拌中的熔体镁中；待金属RE完全加入熔体镁后，继续搅拌10～120min，得到稀土-镁合金液；

其中，搅拌熔体镁的搅拌设备的转速为100～300r/min。

根据本发明的生产方法，优选地，将氯化物颗粒加入搅拌中的稀土-镁合金液中反应30～150min；其中，搅拌稀土-镁合金液的搅拌设备的转速为100～300r/min。

根据本发明的生产方法，优选地，还包括采用惰性气体对氯化物颗粒与稀土-镁合金液反应得到的反应产物进行精炼的步骤。

另一方面，本发明提供了一种含有锆和镁的中间合金，该中间合金由上述生产方法得到。

再一方面，本发明提供了上述含有锆和镁的中间合金在制备镁合金中的用途。

本发明的生产方法能够降低中间合金中锆颗粒的粒径。本发明的中间合金在应用于镁合金的制备过程中，锆颗粒在镁熔体中的沉降速度慢，能够提高锆的利用率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

<含有锆和镁的中间合金的生产方法>

本发明的中间合金含有锆和镁。本发明的中间合金的生产方法包括如下步骤：在保护气体的存在下，将镁和金属RE形成稀土-镁合金液；在保护气体的存在下，将氯化物颗粒与稀土-镁合金液反应，得到含有锆和镁的中间合金。下面进行详细介绍。

本发明的保护气体含有惰性气体和SF

惰性气体与SF

根据本发明的一个实施方式，将保护气体通入反应设备中，以使反应体系在保护气体气氛中进行反应。反应设备可以为熔炉。保护气体通入反应设备的流量可以为5～40mL/min；优选为10～30mL/min；更优选为15～20mL/min。

镁的用量可以为50～150重量份；优选为70～130重量份；更优选为75～105重量份。

镁可以以熔体镁的形式使用。熔体镁的温度可以为650～830℃；优选为700～800℃；更优选为740～780℃。这样既能够使熔体镁与金属RE充分反应，又能够降低原料挥发，提高收率和安全性。

金属RE选自镧、铈、镨或钕中的一种或多种。金属RE可以为金属单质，也可以为合金。在某些实施方式中，金属RE选自镧、铈或钕中的一种。在另一些实施方式中，金属RE为镧铈合金。镧铈合金中镧元素与铈元素的质量比可以为(0.5～2.5):1；优选为(1～2):1；更优选为(1.25～1.75):1。

金属RE的用量可以为14～35重量份；优选为16～30重量份；更优选为20～27重量份。

在某些实施方式中，将金属RE加入到熔体镁中，得到稀土-镁合金液。优选地，将金属RE加入搅拌中的熔体镁中。搅拌熔体镁的搅拌设备的转速可以为100～300r/min；优选为150～200r/min。根据本发明的一个实施方式，待金属RE完全加入熔体镁中后，继续搅拌10～120min，得到稀土-镁合金液。优选地，继续搅拌的时间为20～100min；更优选地，继续搅拌的时间为30～60min。

本发明的氯化物颗粒包含如下组分：氯化锆、氯化钾和氯化钠。在某些实施方式中，氯化颗粒由氯化锆、氯化钾和氯化钠组成。这样能够减小中间合金中锆颗粒的粒径。

氯化锆的含量为20～80wt％；优选为30～70wt％；更优选为35～60wt％。

氯化钾的含量为10～40wt％；优选为20～30wt％；更优选为18～26wt％。

氯化钠的含量为10～40wt％；优选为20～30wt％；更优选为18～26wt％。

将氯化锆、氯化钾和氯化钠的含量控制在上述范围内，能够减小中间合金中锆颗粒的粒径。

本发明对氯化物颗粒的形状不作限制。氯化物颗粒可以为圆形、三角形、长方形、柱形或不规则形状等。氯化物颗粒的粒径可以为0.1～0.5mm；优选为0.15～0.4mm；更优选为0.15～0.3mm。这样能够减小中间合金中锆颗粒的粒径。

本发明的氯化物颗粒可以由包括氯化锆、氯化钾和氯化钠的混合物经过熔化、浇注和破碎而得到。优选地，混合物由氯化锆、氯化钾和氯化钠组成。这样能够减小中间合金中锆颗粒的粒径。

氯化物颗粒的用量可以为75～250重量份；优选为85～220重量份；更优选为100～160重量份；最优选为100～140重量份。

在某些实施方式中，将氯化物颗粒加入到稀土-镁合金液中反应。优选地，将氯化物颗粒加入到搅拌中的稀土-镁合金液中反应。将在此过程中稀土-镁合金液中的稀土元素与氯化锆发生还原反应，形成锆和氯化稀土。

反应时间可以为30～150min；优选为40～120min；更优选为50～100min。

搅拌稀土-镁合金液的搅拌设备的转速可以为100～300r/min；优选为120～260r/min；更优选为150～220r/min。

在某些实施方式中，还包括采用惰性气体对氯化物颗粒与稀土-镁合金液反应得到的反应产物进行精炼的步骤。惰性气体选自氦气、氖气、氩气、氪气和氙气中的一种或多种。优选地，惰性气体选自氦气、氖气或氩气中的一种或多种。根据本发明的一个实施方式，惰性气体为氩气。

具体地，采用惰性气体对反应产物进行悬吹精炼；然后除去反应产物表面的浮杂，得到中间合金液。将中间合金液浇注，得到含有锆和镁的中间合金。

惰性气体的流量可以为2～40mL/min；优选为5～30mL/min；更优选为10～20mL/min。

精炼时间可以为5～60min；优选为10～40min；更优选为20～30min。

<含有锆和镁的中间合金>

本发明的含有锆和镁的中间合金采用上述生产方法得到。含有锆和镁的中间合金中锆颗粒的平均粒径小于等于900nm；优选地，小于等于800nm；更优选地，小于等于600nm。在某些实施方式中，锆颗粒的平均粒径为550～600nm。

含有锆和煤的中间合金中氯离子的含量小于等于150ppm；优选地，小于等于110ppm；更优选地，小于等于100ppm。在某些实施方式中，氯离子的含量为85～110ppm。

<含有锆和镁的中间合金的用途>

本发明的含有锆和镁的中间合金能够作为镁合金制造工艺的中间合金使用，其能够起到细化镁合金晶粒的作用。因此，本发明提供了上述含有锆和镁的中间合金在制备镁合金中的用途。优选地，本发明的含有锆和镁的中间合金作为镁合金的晶粒细化剂使用。

制备例1～3

提供由氯化锆、氯化钾和氯化钠组成的混合物。将混合物熔化，得到熔融态混合物。将熔融态混合物浇注，然后破碎，得到粒径为0.15mm的氯化物颗粒。

混合物中氯化锆、氯化钾和氯化钠的含量具体如表1所示。

表1

实施例1～4

将由体积比为19:1的氩气和SF

将金属RE加入到搅拌中的熔体镁中，搅拌熔体镁的搅拌设备的转速为150r/min；待金属RE完全加入熔体镁后，继续搅拌熔体镁t

将氯化物颗粒加入到搅拌中的稀土-镁合金液中进行反应，得到反应产物。

采用氩气对反应产物进行悬吹精炼；然后除去反应产物表面的浮杂，得到中间合金液。将中间合金液浇注，得到中间合金。

检测中间合金中锆颗粒的平均粒径，具体方法如下：

采用高分辨率场发射扫描电镜对抛光后表面光洁的合金试样进行观察与区域分析，通过EDS能谱与电镜标尺功能，完成对锆颗粒的粒径尺寸的标定。同时结合软件ImagePro，完成对扫描电镜图片区域内锆颗粒粒径尺寸的统计分析，获得平均粒径数据。

采用辉光放电质谱法(GDMS)检测中间合金中氯离子的含量。

具体参数如表2所示。锆颗粒的平均粒径和氯离子的含量如表2所示。

表2

注：镧铈合金中，镧元素与铈元素的质量比为0.75:0.5。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。