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,細化合金組織,提高合金的力學性能及耐腐蝕性能等作用。上海交通大學輕合金國家工程中心現(xiàn)已開發(fā)出了一系列具有高強、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用領域。當前,含稀土鎂合金的凈化問題已成為制約其推廣應用的關鍵瓶頸之一,原因在于現(xiàn)有熔劑的主體成分MgCl2會與稀土元素發(fā)生反應,不僅導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亟待解決的關鍵問題。本文針對新型高強耐熱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。借助力學性能試驗機、光學顯微鏡(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)、電化學測試系統(tǒng)等分析手段,研究了JDY和JDGd系

3、列熔劑對GW103K稀土鎂合金組織形貌、雜質(zhì)含量、相組成、稀土元素損耗量、力學性能、耐腐蝕性能以及鑄造流動性等的影響規(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損耗的機制。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數(shù)從0.81%下降到0.33%；在總夾雜體積分數(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團難以分散,不僅降低了凈化效果,而且會增加熔劑夾雜。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損耗的降低以及合金中夾雜的減少,合金的力學性能、耐腐蝕性能和鑄造流動性得到較大提高,當YCl3添加量達到2.5%時,合金試樣的力學性能σb和δ分別達到最大值228.25MPa和5.26%,其試樣腐蝕速率降低到最低的0.452mg·cm-2·d-1,而流動性(在金屬模具溫

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