Mg-Gd-Y-Zr合金净化熔剂研究

题名:Mg-Gd-Y-Zr合金净化熔剂研究
作者:郑韫
学位授予单位:上海交通大学
关键词:Mg-Gd-Y-Zr合金;;稀土氯化物;;除杂率;;稀土损耗率;;合金性能;;制备工艺;;精炼工艺
摘要:
 稀土元素具有改善合金的铸造性能,细化合金组织,提高合金的力学性能及耐腐蚀性能等作用。上海交通大学轻合金国家工程中心现已开发出了一系列具有高强、耐热、耐蚀等性能的含稀土镁合金,如GW系列、NZK系列镁合Neodymium magnets金,大大拓展了镁合金的应用领域。当前,含稀土镁合金的净化问题已成为制约其推广应用的关键瓶颈之一,原因在于现有熔剂的主体成分MgCl2会与稀土元素发生反应,不仅导致昂贵稀土的大量损耗,而且影响合金成分与性能的稳定。而不含MgCl2的熔剂去除夹杂物的能力较差,净化效果不够理想。因此,开发稀土镁合金专用高效净化熔剂是一个亟待解决的关键问题。
 本文针对新型高强耐热Mg-Gd-Y稀土镁合金的净化难题,开展了该合金专用净化熔剂的研究,并开发出了JDY和JDGd系列专用熔剂。借助力学性能试验机、光学显微镜(OM)、金相图像分析仪、带能谱分析(EDAX)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子直读光谱仪(ICP)、电化学测试系统等分析手段,研究了JDY和JDGd系列熔剂对GW103K稀土镁合金组织形貌、杂质含量、相组成、稀土元素损耗量、力学性能、耐腐蚀性能以及铸造流动性等的影响规律;采用差热分析仪(DTA)等分析手段研究了稀土氯化物添加剂对熔剂工艺性能与工作性能的影响规律。此外还分析了稀土元素损耗的机制。主要研究成果如下:
 1)含有一定量的氯化稀土的新型熔剂,能够显著去除镁熔体中的非金属夹杂物,使总夹杂含量的体积分数从0.81%下降到0.33%;在总夹杂体积分数相同的情况下,使粒径尺寸大于10μm的夹杂物含量从26.49%下降到14.42%;但熔剂中氯化稀土量超过一定程度后(如含量超过8%),使用过程中熔剂易于结团难以分散,不仅降低了净化效果,而且会增加熔剂夹杂。
 2)采用质量占合金质量2~3%的JDY系列熔剂净化处理后,合金中Y元素的损耗率随着熔剂中YCl3含量的增加而减小,且在熔剂中YCl3含量超过7.5%后,Y损耗率降低不再明显,基本维持在11.2%左右。相同条件下,采用JDGd系列熔剂净化处理后,合金中Gd的损耗率随着熔剂中GdCl3含量的增加而降低,且在熔剂中GdCl3含量超过7.5%后,损耗率降低不再明显,基本维持在4.4%左右。
 3)经JDY和JDGd系列熔剂精炼后,由于合金中稀土元素损耗的降低以及合金中夹杂的减少,合金的力学性能、耐腐蚀性能和铸造流动性得到较大提高,当YCl3添加量达到2.5%时,合金试样的力学性能σb和δ分别达到最大值228.25MPa和5.26%,其试样腐蚀速率降低到最低的0.452mg·cm-2·d-1,而流动性(在金属模具温度是150℃的情况下浇注)试样的长度达到121cm;当GdCl3添加量达到2.5%时,合金试样的力学性能σb和δ分别达到最大值225.63MPa和5.12%,其试样腐蚀速率降低到最低的0.513mg·cm-2·d-1,而流动性试样的长度达到122cm;但是添加过多的YCl3/GdCl3 (如添加量超过熔剂质量的8%),易使熔剂聚http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php结成团,不仅降低熔剂的铺展性,而且导致合金中出现熔剂夹杂,反而降低了力学性能、耐腐蚀性能及铸造流动性。
 4)通过熔剂成分优化、物化性能测试以及熔剂制备及精炼工艺优化等试验,验证了新型熔剂JDRJ+ YCl3既能有效降低稀土损耗,又可以起到良好的净化效果,是一种优于现有的JDMJ和RJ-6的稀土镁合金专用净化熔剂。
学位年度:2010