Afinador de granos cristalinos de aluminio-circonio-titanio-carbono para el magnesio y las aleaciones de magnesio y procedimiento de preparación del mismo.

Un afinador de granos de aluminio-circonio-titanio-carbono para el magnesio y las aleaciones de magnesio,

caracterizado porque el afinador de granos de aluminio-circonio-titanio-carbono tiene una composición química de: 0,01 % ~ 10 % Zr; 0,01 % ~ 10 % Ti; 0,01 % ~ 0,3 % C, y el resto Al, sobre la base del porcentaje en peso.

Afinador de granos cristalinos de aluminio-circonio-titanio-carbono para el magnesio y las aleaciones de magnesio y procedimiento de preparación del mismo 5

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una aleación intermedia para mejorar el comportamiento de los metales y las aleaciones mediante afino de grano, y, especialmente, a un afinador de granos para el magnesio y las aleaciones de magnesio y el procedimiento para producir el mismo.

Antecedentes de la invención

El uso de magnesio y aleación de magnesio en las industrias comenzó en los años 30. Como el magnesio y las aleaciones de magnesio son los materiales metálicos estructurales más ligeros en la actualidad, y presentan las ventajas de baja densidad, elevada resistencia específica y rigidez, buena absorción de impactos por amortiguación, conductividad térmica, y comportamiento de apantallamiento electromagnético, excelente capacidad de mecanizado, tamaño estable de las piezas, fácil recuperación, y similares, el magnesio y las aleaciones de magnesio, especialmente las aleaciones de magnesio labradas, poseen un inmenso potencial de utilización en los campos del transporte, los materiales estructurales para ingeniería, y la electrónica. La aleación de magnesio labrada se refiere a la aleación de magnesio conformada mediante procedimientos de moldeo plástico tales como extrusión, laminación, forja, y similares. Sin embargo, debido a las restricciones, por ejemplo, en la preparación del material, las técnicas de proceso, el comportamiento anticorrosión y el coste, el uso de aleación de magnesio, especialmente aleación de magnesio labrada, está muy por detrás del acero y las aleaciones de aluminio en cuanto a la cantidad de utilización, con el resultado de una tremenda diferencia entre el potencial de desarrollo y la aplicación práctica de la misma, lo cual nunca se produce en cualquier otro material metálico.

La diferencia del magnesio respecto a otros metales de uso común tales como el hierro, el cobre y el aluminio radica en que su aleación presenta una estructura cristalina hexagonal compacta, sólo tiene 3 sistemas de 30 deslizamiento independientes a temperatura ambiente, es malo en cuanto a labrado plástico, y se ve afectado significativamente por los tamaños de grano en cuanto a las propiedades mecánicas. La aleación de magnesio tiene un intervalo de temperatura de cristalización relativamente amplio, conductividad térmica relativamente baja, contracción volumétrica relativamente grande, una seria tendencia a engrosamiento por crecimiento de grano, y defectos de generación de porosidad por contracción, agrietamiento por calor y similares durante la solidificación. 35 Como un tamaño de grano más fino facilita la reducción de la porosidad por contracción, la disminución del tamaño de la segunda fase, y la reducción de defectos en la forja, el afino de los granos de aleación de magnesio puede acortar la distancia de difusión requerida por la solución sólida de las fases de las fases de los límites de grano cortos, y mejora a su vez la eficiencia del tratamiento térmico. Además, un tamaño de grano más fino contribuye a mejorar el comportamiento anticorrosión y la capacidad de mecanizado de las aleaciones de magnesio. La aplicación de un afinador de granos en el afino de coladas de aleación de magnesio es un medio importante para mejorar el comportamiento global y formar las propiedades de las aleaciones de magnesio. El afino del tamaño de grano no sólo puede mejorar la resistencia de las aleaciones de magnesio, sino también la plasticidad y la tenacidad de las mismas, permitiendo así un proceso plástico a gran escala y una industrialización a bajo coste de los materiales de aleación de magnesio.

En 1937 se descubrió que el elemento que tiene un efecto de afino significativo para el tamaño de grano del magnesio puro es el Zr. Los estudios han demostrado que el Zr puede inhibir eficazmente el crecimiento de los granos de aleación de magnesio, para afinar el tamaño de grano. El Zr puede usarse en Mg puro, aleaciones basadas en Mg y Zn, y aleaciones basadas en Mg y RE, pero no puede usarse en aleaciones basadas en Mg y Al ni 50 aleaciones basadas en Mg y Mn, ya que sólo presenta una solubilidad muy pequeña en magnesio líquido, es decir, sólo un 0, 6 % en peso de Zr se disuelve en magnesio líquido durante la reacción peritéctica, y se precipitará formando compuestos estables con Al y Mn. Las aleaciones basadas en Mg y Al son las aleaciones de magnesio disponibles comercialmente más populares, pero presentan las desventajas de granos fundidos relativamente gruesos, e incluso cristales columnares gruesos y cristales en forma de abanico, con el resultado de dificultades en 55 el proceso de labrado de lingotes, tendencia al agrietamiento, baja tasa de productos acabados, malas propiedades mecánicas, y muy baja tasa de labrado plástico, lo cual afecta negativamente a la producción industrial de las mismas. Por lo tanto, en primer lugar debería tratarse el problema existente en el afino de granos fundidos de aleación de magnesio con el fin de lograr una producción a gran escala. Los procedimientos para afinar los granos de aleaciones basadas en Mg y Al comprenden principalmente un procedimiento de recalentamiento, un

procedimiento de adición de elementos de tierras raras, y un procedimiento de inoculación de carbono. El procedimiento de recalentamiento es eficaz hasta cierto punto; sin embargo, la colada se oxida seriamente. El procedimiento de adición de elementos de tierras raras no tiene efecto estable ni ideal. El procedimiento de inoculación de carbono presenta las desventajas de ser una extensa fuente de materias primas y una baja 5 temperatura de operación, y se ha convertido en el principal procedimiento de afino de grano para las aleaciones basadas en Mg y Al. Los procedimientos convencionales de inoculación de carbono añaden MgCO3, C2Cl6, o similares a una colada para formar una gran cantidad de masas puntuales de Al4C3 dispersas en la misma, las cuales son buenos núcleos de cristales heterogéneos para afinar el tamaño de grano de las aleaciones de magnesio. Sin embargo, tales afinadores rara vez se adoptan porque su adición a menudo hace que la colada se 10 cueza. En resumen, a diferencia de la industria de las aleaciones de aluminio, en la industria de la aleación de magnesio no se ha descubierto una aleación intermedia de grano de propósito general, y la gama aplicable de diversos procedimientos de afino de grano depende de las aleaciones o los componentes de las mismas. Por lo tanto, una de las claves para lograr la industrialización de las aleaciones de magnesio es descubrir un afinador de granos de propósito general capaz de afinar eficazmente los granos fundidos cuando se solidifica el magnesio y las aleaciones de magnesio.

Resumen de la invención

Con el propósito de abordar las desventajas existentes en la técnica anterior de más arriba, la presente invención proporciona una aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono para afinar los granos del magnesio y las aleaciones de magnesio, la cual tiene gran capacidad de nucleación para el magnesio y las aleaciones de magnesio. Además, la presente invención proporciona un procedimiento para producir la aleación intermedia.

Sorprendentemente, el presente inventor descubrió que tanto el Al4C3 como el ZrC poseen capacidad de nucleación, y el ZrC es un núcleo cristalino que tiene capacidad de nucleación tantas veces como el Al4C3 en gran número de estudios sobre el afino de granos de las aleaciones de magnesio. Sin embargo, ni el Al4C3 ni el ZrC pueden obtenerse fácilmente. El presente inventor preparó fácilmente una aleación intermedia de Al-Zr-Ti-C, en la cual se observaron gran cantidad de aglomerado de partículas de mAl4C3·nZrC·pTiC en la fase de oro por medio del diagrama electromicroscópico de escaneado y el análisis del espectro de energía. La aleación intermedia de Al-ZrTi-C presentaba un punto de fusión relativamente bajo, de manera que puede formar una gran cantidad de masas puntuales dispersas de ZrC y Al4C3, que actúan como los mejores núcleos cristalinos no homogéneos para aleaciones de magnesio.

La presente invención adopta las siguientes soluciones técnicas: un afinador de granos de aluminiocirconio-titanio-carbono para el magnesio y las aleaciones de magnesio tiene una composición química de: 0, 01 % ~ 10 % Zr; 0, 01 % ~ 10 % Ti; 0, 01 % ~ 0, 3 % C, y el resto Al, sobre la base del porcentaje en peso.

Con preferencia, la aleación intermedia de aluminio-circonio-titanio-carbono (Al-Zr-Ti-C) tiene una composición química de: 0, 1 % ~ 10 % Zr; 0, 1 % ~ 10 % Ti; 0, 01 % ~ 0, 3 % C, y el resto Al, sobre la base del porcentaje... [Seguir leyendo]

1. Un afinador de granos de aluminio-circonio-titanio-carbono para el magnesio y las aleaciones de magnesio, caracterizado porque el afinador de granos de aluminio-circonio-titanio-carbono tiene una composición química de: 0, 01 % ~ 10 % Zr; 0, 01 % ~ 10 % Ti; 0, 01 % ~ 0, 3 % C, y el resto Al, sobre la base del porcentaje en peso.

2. El afinador de granos de aluminio-circonio-titanio-carbono para el magnesio y las aleaciones de magnesio según la reivindicación 1, en el que el afinador de granos de aluminio-circonio-titanio-carbono tiene una composición química de: 0, 1 % ~ 10 % Zr; 0, 1 % ~ 10 % Ti; 0, 01 % ~ 0, 3 % C, y el resto Al, sobre la base del porcentaje en peso.

3. El afinador de granos de aluminio-circonio-titanio-carbono para el magnesio y las aleaciones de magnesio según la reivindicación 2, en el que el afinador de granos de aluminio-circonio-titanio-carbono tiene una composición química de: 1 % ~ 5 % Zr; 1 % ~ 5 % Ti; 0, 1 % ~ 0, 3 % C, y el resto Al, sobre la base del porcentaje en peso.

4. El afinador de granos de aluminio-circonio-titanio-carbono para el magnesio y las aleaciones de magnesio según la reivindicación 1, 2 o 3, en el que el contenido de impurezas presentes en el afinador de granos de aluminio-circonio-titanio-carbono es: Fe â 0, 5 %, Si â 0, 3 %, Cu â 0, 2 %, Cr â 0, 2 %, y otros elementos de impureza individuales â 0, 2 %, sobre la base del porcentaje en peso.

5. Un procedimiento para producir el afinador de granos para el magnesio y las aleaciones de magnesio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende las etapas de:

a. fundir aluminio comercialmente puro, calentar a una temperatura de 1000 º C -1300 º C, y añadir al mismo desechos de circonio, desechos de titanio y polvo de grafito para que se disuelvan en el mismo, y b. mantener la temperatura bajo agitación durante 15-20 minutos, y realizar un moldeo por vaciado.