Mg-Gd-Y-Zr合金凈化熔劑研究.pdf

1、稀土元素具有改善合金的鑄造性能,細(xì)化合金組織,提高合金的力學(xué)性能及耐腐蝕性能等作用。上海交通大學(xué)輕合金國家工程中心現(xiàn)已開發(fā)出了一系列具有高強(qiáng)、耐熱、耐蝕等性能的含稀土鎂合金,如GW系列、NZK系列鎂合金,大大拓展了鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)前,含稀土鎂合金的凈化問題已成為制約其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸之一,原因在于現(xiàn)有熔劑的主體成分MgCl2會(huì)與稀土元素發(fā)生反應(yīng),不僅導(dǎo)致昂貴稀土的大量損耗,而且影響合金成分與性能的穩(wěn)定。而不含MgCl2的熔劑去除夾

2、雜物的能力較差,凈化效果不夠理想。因此,開發(fā)稀土鎂合金專用高效凈化熔劑是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。本文針對(duì)新型高強(qiáng)耐熱Mg-Gd-Y稀土鎂合金的凈化難題,開展了該合金專用凈化熔劑的研究,并開發(fā)出了JDY和JDGd系列專用熔劑。借助力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、光學(xué)顯微鏡(OM)、金相圖像分析儀、帶能譜分析(EDAX)的掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、電感耦合等離子直讀光譜儀(ICP)、電化學(xué)測試系統(tǒng)等分析手段,研究了JDY和JDGd系

3、列熔劑對(duì)GW103K稀土鎂合金組織形貌、雜質(zhì)含量、相組成、稀土元素?fù)p耗量、力學(xué)性能、耐腐蝕性能以及鑄造流動(dòng)性等的影響規(guī)律；采用差熱分析儀(DTA)等分析手段研究了稀土氯化物添加劑對(duì)熔劑工藝性能與工作性能的影響規(guī)律。此外還分析了稀土元素?fù)p耗的機(jī)制。主要研究成果如下：1)含有一定量的氯化稀土的新型熔劑,能夠顯著去除鎂熔體中的非金屬夾雜物,使總夾雜含量的體積分?jǐn)?shù)從0.81%下降到0.33%；在總夾雜體積分?jǐn)?shù)相同的情況下,使粒徑尺寸大于10μm

4、的夾雜物含量從26.49%下降到14.42%；但熔劑中氯化稀土量超過一定程度后(如含量超過8%),使用過程中熔劑易于結(jié)團(tuán)難以分散,不僅降低了凈化效果,而且會(huì)增加熔劑夾雜。2)采用質(zhì)量占合金質(zhì)量2~3%的JDY系列熔劑凈化處理后,合金中Y元素的損耗率隨著熔劑中YCl3含量的增加而減小,且在熔劑中YCl3含量超過7.5%后,Y損耗率降低不再明顯,基本維持在11.2%左右。相同條件下,采用JDGd系列熔劑凈化處理后,合金中Gd的損耗率隨著熔劑

5、中GdCl3含量的增加而降低,且在熔劑中GdCl3含量超過7.5%后,損耗率降低不再明顯,基本維持在4.4%左右。3)經(jīng)JDY和JDGd系列熔劑精煉后,由于合金中稀土元素?fù)p耗的降低以及合金中夾雜的減少,合金的力學(xué)性能、耐腐蝕性能和鑄造流動(dòng)性得到較大提高,當(dāng)YCl3添加量達(dá)到2.5%時(shí),合金試樣的力學(xué)性能σb和δ分別達(dá)到最大值228.25MPa和5.26%,其試樣腐蝕速率降低到最低的0.452mg·cm-2·d-1,而流動(dòng)性(在金屬模具溫

6、度是150℃的情況下澆注)試樣的長度達(dá)到121cm；當(dāng)GdCl3添加量達(dá)到2.5%時(shí),合金試樣的力學(xué)性能σb和δ分別達(dá)到最大值225.63MPa和5.12%,其試樣腐蝕速率降低到最低的0.513mg·cm-2·d-1,而流動(dòng)性試樣的長度達(dá)到122cm；但是添加過多的YCl3/GdCl3 (如添加量超過熔劑質(zhì)量的8%),易使熔劑聚結(jié)成團(tuán),不僅降低熔劑的鋪展性,而且導(dǎo)致合金中出現(xiàn)熔劑夾雜,反而降低了力學(xué)性能、耐腐蝕性能及鑄造流動(dòng)性。4)通過