專利名稱：Mn-Al中間合金及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Mn-Al中間合金、其制備方法及其用于細化^:合金尤其 是細化Mg-Mn系與Mg-Zn系合金凝固晶粒的用途。本發(fā)明屬于鎂合金 材料凝固技術(shù)領(lǐng)域。
背景才支術(shù)
用于細化鎂合金尤其是Mg-Mn系與Mg-Zn系合金凝固晶粒的中間 合金的研發(fā)一直是人們關(guān)注的課題。但目前除了專用于細化Mg-Zn系的 Mg-Zr中間合金外，尚未有其它可用于細化Mg-Mn系與Mg-Zn系合金 凝固晶粒的中間合金研發(fā)成功的報道。
用于細化Mg-Mn系與Mg-Zn系合金凝固晶粒的中間合金不能含有 游離態(tài)的Al,這是因為游離態(tài)的Al會與Mg-Zn系合金中通常含有的Zr 反應(yīng)，并在熔體中形成Al3Zr,從而削弱或破壞Zr對Mg-Zn系合金凝固 晶粒的細化；同樣在Mg-Mn系合金凝固晶粒的細化過程中，也不能含 有游離態(tài)的Al,這是因為游離態(tài)的Al會與Mn反應(yīng)，形成鋁錳化合物， 從而破壞Mg-Mn系合金的一系列性能。
此外，雖然對細化Mg-Zn系合金凝固晶粒而言已有Mg-Zr中間合金 可以利用，但無論是制備Mg-Zr中間合金還是使用Mg-Zr中間合金都有 一系列的問題沒有完全解決，這一方面是因為難于制備含Zr量高、并且 成分均勻的中間合金，另一方面Mg-Zr中間合金生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，污 染嚴重，而使用Mg-Zr中間合金時也常存在Zr沉淀到爐底的現(xiàn)象。對 細化Mg-Mn系合金凝固晶粒而言，目前就沒有任何可以應(yīng)用的中間合 金；即使有像Mg-Al-C這樣的僅含有A14C3相而不含有游離態(tài)Al的中間 合金，但AUC3相結(jié)構(gòu)易遭到Mn的破壞，從而一方面破壞晶粒細化效果，另 一方面也削弱Mn在Mg-Mn系合金中的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述一 系列技術(shù)問題，發(fā)明了 一種Mn-Al 二元中間合 金，其特征在于該合金包含65~75 wt %的Mn和35~25 wt %的Al。
根據(jù)本發(fā)明的Mn-Al中間合金優(yōu)選含有s-MnAl相和(八18癒5相， 但是不含有游離態(tài)Al。根據(jù)本發(fā)明的Mn-Al中間合金中s-MnAl相為密 排六方結(jié)構(gòu)相，晶格點陣常數(shù)(a=0.2897nm)與Mg (a=0.3200nm)很 相近。
根據(jù)本發(fā)明的Mn-Al中間合金可用于細化各種鎂合金尤其是還可以 在一定程度上細化Mg-Mn系合金凝固晶粒。
根據(jù)本發(fā)明的Mn-Al中間合金優(yōu)選主要是用噴鑄法生產(chǎn)。
本發(fā)明還涉及一種用于制備所述Mn-Al 二元中間合金的方法，其特 征在于將65 75重量份的Mn與35~25重量份的Al混合裝入坩堝中熔 煉，合金熔化完全后進行噴鑄，凝固速度為103~6°C/s。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個優(yōu)選的方案，所述坩堝是帶有惰性氣體保護 的高頻感應(yīng)熔煉坩堝。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個優(yōu)選的方案，在噴鑄過程中使用水冷銅模作 為鑄模，也可以使用高速旋轉(zhuǎn)的銅單輥或銅雙輥作為鑄模。
根據(jù)本發(fā)明的方法特別優(yōu)選地包括以下步驟
① "l要質(zhì)量比Mn : Al = ( 65~75 ) : ( 35~25 )稱量好Mn與Al。
② 將Mn與Al混合置入帶有惰性氣體保護的高頻感應(yīng)熔煉坩堝中 熔煉。該坩堝可以是帶扁平或圓形噴嘴的石英管。
③ 合金熔化完全后進行噴鑄，噴鑄溫度在140(TC左右。噴鑄的鑄 ?？梢允撬溷~模，也可以是高速旋轉(zhuǎn)的銅單輥或銅雙輥。凝固速度為 10"。C/s左右。
如果產(chǎn)品是噴鑄成型的薄帶薄片狀，則適當分切，等量包裝；如果是噴鑄成型的錠狀，則分割等量包裝；按工業(yè)使用習(xí)慣，每個包裝的 質(zhì)量為100 1000g不等。
本發(fā)明中介紹的Mn-Al中間合金的使用方法與各類晶粒細化用中間 合金的使用方法沒有不同，即根據(jù)添加比例直接將中間合金加入熔化或 保溫爐中并攪拌均勻即可。


圖1為噴鑄的Mn-28y。Al合金的顯微組織，其中條狀相和魚骨狀相 為s-MnAl相，其余為,Al8Mn5相。
圖2為噴鑄的Mn-28n/。Al合金的X射線衍射語，經(jīng)標定，其中確實 含有s-MnAl相和V-AlsMns相。
圖3(a)、 3(b)為純Mg經(jīng)Mn-28%A1中間合金細化處理前后凝固晶 粒大小的宏觀對比圖，圖3(a)表示細化處理前的純Mg的宏觀凝固晶粒 大小，圖3(b)表示細4匕處理后的Mg + 0.4wt°/oMn-28wt%Al的宏只見凝固 晶粒大小。
圖4(a)、 4(b)為Mg-Al系的AZ31合金經(jīng)Mn-28%A1中間合金細化 處理前后合金凝固晶粒大小的宏觀對比圖，其中圖4(a)表示細化處理前 的AZ31合金的宏觀凝固晶粒大小，圖4(b)表示細化處理后的AZ31 + 0.4wt%Mn-28wt % Al的宏觀凝固晶粒大小。
圖5(a)、 5(b)為Mg-Mn系的Mg-l %Mn合金經(jīng)Mn-28 % Al中間合金 細化處理前后合金凝固晶粒大小的宏觀對比圖，其中圖5(a)表示細化處 理前的Mg-l%Mn的宏觀凝固晶粒大小，圖5(b)表示細化處理后的 Mg-l%Mn + 0.4wt%Mn-28wt % Al的宏觀凝固晶粒大小。
圖6(a) 、 6(b)為Mg-Zn系的Mg-4。/。Zn合金經(jīng)Mn-28%A1中間合金 細化處理前后合金凝固晶粒大小的宏觀對比圖，其中圖6(a)表示細化處 理前的Mg-4 %Zn的宏觀凝固晶粒大小，圖6(b)表示細化處理后的Mg-4 %Zn + 0.4wt%Mn-28wt%AL的宏觀凝固晶粒大小。
具體實施例方式
①按質(zhì)量比Mn : Al = 72 : 28稱量好Mn片與鋁片，并將Mn片與 鋁片混合裝在石英管中，然后在惰性氣體保護下用高頻感應(yīng)電源加熱熔煉石英管中的合金，熔煉完后將熔體噴鑄入內(nèi)孔直徑為cp8-10 mm的水 冷銅模內(nèi)連續(xù)冷卻(冷卻速度在105 。C/s左右)，冷卻完畢，取出合金，
即為本發(fā)明合金的形態(tài)之一。
② 按質(zhì)量比Mn : Al = 70 : 30稱量好Mn片與鋁片，并將Mn片與 鋁片混合裝在石英管中，然后在惰性氣體保護下用高頻感應(yīng)電源加熱熔 煉石英管中的合金，熔煉完后將熔體噴鑄(通常稱之為甩帶)在高速旋 轉(zhuǎn)的銅單輥上連續(xù)冷卻(冷卻速度在105 'C/s左右)，噴鑄完畢，得到 不連續(xù)的條、帶、片合金，即為本發(fā)明合金的形態(tài)之一。
③ 按質(zhì)量比Mn : Al = 68 : 32稱量好Mn片與鋁片，并將Mn片與 鋁片混合裝在石英管中，然后在惰性氣體保護下用高頻感應(yīng)電源加熱熔 煉石英管中的合金，熔煉完后將熔體噴鑄在一對相向高速旋轉(zhuǎn)的銅雙輥 上連續(xù)冷卻(冷卻速度在10"C/s左右)，噴鑄完畢，得到不連續(xù)的條、 帶、片合金，即為本發(fā)明合金的形態(tài)之一。
④ 將噴鑄成型的Mn-28 % Al中間合金加入純Mg熔體，中間合金加 入量為純Mg質(zhì)量的0.2-0.8%,加入溫度等同于純Mg的熔煉溫度。其 凝固晶粒細化效果如圖3(b)所示，其中圖3(a)為未添加Mn-28 % Al中間 合金時同樣凝固條件下純Mg的凝固晶粒大小。
⑤ 將噴鑄成型的Mn-28 % Al中間合金加入Mg-Al系的AZ31合金， 加入量為AZ31合金質(zhì)量的0.2-0.8% ，加入溫度等同于AZ31合金的熔 煉溫度。其凝固晶粒細化效果如圖4(b)所示，其中圖4(a)為未添加Mn-28 % Al中間合金時AZ3.1合金的凝固晶粒大小。未添加中間合金時不同凝 固條件下AZ31合金的凝固晶粒大小各不相同，有發(fā)達的柱狀晶，有因 鑄錠小、凝固速度快而在一定程度上細化了的。此處僅表示了相對晶粒 尺寸，下同。
將噴鑄成型的Mn-28。/。Al中間合金加入Mg-Mn系合金，合金含 Mn量為1 % ,中間合金加入量為Mg-Mn合金質(zhì)量的0.2-0.8 % ,加入溫 度等同于Mg-Mn合金的熔煉溫度。其凝固晶粒細化效果如圖5(b)所示，
6其中圖5(a)為未添加Mn-28%A1中間合金時同樣凝固條件下Mg-Mn合 金的凝固晶粒大小。
⑦將噴鑄成型的Mn-28%A1中間合金加入Mg-Zn系合金，合金含 Zn量為5 % ,合金不含Zr,中間合金加入量為Mg-Zn合金質(zhì)量的0.2-0.8 %,加入溫度等同于Mg-Zn合金的熔煉溫度。其凝固晶粒細化效果如圖 6(b)所示，其中圖6(a)為未添加Mn-28%A1中間合金時同樣凝固條件下 Mg-Zn合金的凝固晶粒大小。
權(quán)利要求
1. 一種Mn-Al二元中間合金，其特征在于該合金包含65～75wt％的Mn和35～25wt％的Al。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mn-Al 二元中間合金，其特征在于該 合金含有s-MnAl相和V-AlgMns相，但是不含有游離態(tài)Al。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Mn-Al 二元中間合金，其特征在于 該合金主要是用噴鑄法生產(chǎn)的。
4. 用于制備根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的Mn-Al 二元中間合金 的方法，其特征在于將65~75重量份的Mn與35~25重量份的Al混合 裝入坩堝中熔煉，合金熔化完全后進行噴鑄，凝固速度為103~6°C/s。
5. 根據(jù)要求4所述的方法，其特征在于所述坩堝是帶有惰性氣體 保護的高頻感應(yīng)熔煉坩堝。
6. 根據(jù)要求4或5所述的方法，其特征在于在所述噴鑄過程中使 用水冷銅模作為鑄模。
7. 根據(jù)要求4或5所述的方法，其特征在于在所述噴鑄過程中使 用高速旋轉(zhuǎn)的銅單輥或銅雙輥作為鑄模。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的Mn-Al 二元中間合金用于細化 鎂合金的凝固晶粒的用途。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用途，其特征在于所述鎂合金包括 Mg-Mn系合金和Mg-Zn系合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種細化鎂合金尤其是還可以細化Mg-Mn系合金與Mg-Zn系合金凝固晶粒的Mn-Al二元中間合金及其制備方法和用途。該中間合金含Mn65～75wt％，Al35～25wt％；該中間合金主要是用各種噴鑄法生產(chǎn)的，合金凝固速度為10^3～6℃/s左右；該中間合金含有ε-MnAl相和γ-Al₈Mn₅相，但是不含有游離態(tài)Al；該中間合金可使不同的鎂合金獲得不同的凝固晶粒細化效果。
文檔編號C22C22/00GK101481766SQ20081018245
公開日2009年7月15日 申請日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者李建國, 譚敦強 申請人:清華大學(xué)