CN101376938B - 一种阻燃高强耐热镁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种新型阻燃高强耐热镁合金及其制备方法。该合金是通过往镁合金中复合添加钙、稀土、锶三种元素，在提高镁合金的燃点的同时，通过合金化改善镁合金的组织，细化晶粒，提高镁合金的力学性能和耐热特性。该合金的制备通过以下技术方案实现：将Al-Ca中间合金、Al-RE中间合金、Al-Sr中间合金加入到熔融的镁合金AZ91D中，然后利用机械或电磁搅拌方式，使合金元素均匀分散在镁合金熔体中，将熔体静置后金属模浇注成型，获得新型阻燃高强耐热镁合金。

Description

一种阻燃高强耐热镁合金及其制备方法

技术领域

本专利涉及一种阻燃高强耐热镁合金及其制备方法，尤其是一种钙、稀土、锶三元复合合金化制备阻燃高强耐热镁合金的方法。

背景技术

镁合金密度为1.75～1.85g/cm³，仅是铝合金的2/3，钢的1/4左右，同时镁合金具有高的比强度、比刚度和优良的抗磁、导电、导热及冷热加工性能，能够回收利用，被誉为“21世纪的绿色环保金属”，受到航空航天和电子通讯等行业的青睐，成为了最具有发展潜力的金属结构材料之一。

镁合金最大的缺点就是在熔化和成型过程中易氧化燃烧，造成生产十分困难，已经成为制约镁合金发展的重要问题之一。所以国内外对镁合金的阻燃问题给予广泛的关注和高度重视。目前，国内外普遍采用熔剂覆盖法和气体保护法来解决镁合金熔炼过程中的燃烧问题，但存在污染环境和设备等缺点。国内外对阻燃镁合金的研究开发已经有不少文献报道，先后对含Ca、含Be、含Zn和含RE的阻燃镁合金进行了研究开发，并取得了一定的成果，将镁合金的燃点提高到700℃以上。但是，采用合金化的方法提高镁合金燃点的同时，往往降低了镁合金的力学性能。因此，将提高阻燃特性与改善镁合金组织和性能有效结合起来，正成为目前学者研究的新热点。

镁合金的耐热性受到材料本身性能和成本等因素的影响。在现有的耐热镁合金系中，Mg-Al系和Mg-Zn系价格低廉，但是耐热性能不理想；Mg-RE系的耐热性能好，但是成本高，难以商品化、市场化。通过优化合金元素组合，进行有效的合金设计，可望进一步解决铸造镁合金在耐高温、抗蠕变等方面存在的问题。

从目前已经开展的研究发作来看，很多合金往往是单一针对提高燃点，或者是提高材料强度或耐热性等，缺少综合提高材料阻燃、强化和耐热等特性的研发工作，限制了镁合金的应用。

发明内容

本发明是针对现有镁合金及其制备技术的不足，提供一种阻燃高强耐热镁合金及其制备方法。本发明通过往镁合金中复合添加钙、稀土、锶三种元素，在提高镁合金的燃点的同时，通过合金化改善镁合金的组织，细化晶粒，提高镁合金的力学性能和耐热特性。

本发明是通过以下技术方案实现的：将Al-Ca中间合金、Al-RE中间合金、Al-Sr中间合金加入到熔融的镁合金AZ91D中，然后利用机械或电磁搅拌方式，使合金元素均匀分散在镁合金熔体中，将熔体静置后金属模浇注成型，获得阻燃高强耐热镁合金。

本发明所说的阻燃高强耐热镁合金，所述镁合金以AZ91D为基础合金，且添加有0.3～1.0wt％的Ca、0.2～0.8wt％的RE和0.05～0.15wt％的Sr；其中RE为通用富La混合稀土。

本发明所说的阻燃高强耐热镁合金的制备方法，其步骤为：

1)将熔炼坩埚预热至暗红色，在500℃加入AZ91D合金和纯镁并通入保护气体，其中纯镁用于平衡由于添加中间合金而造成的Al过量；

2)升温至740℃，分别加入预热至200℃的Al-Ca中间合金、Al-RE中间合金和Al-Sr中间合金，保温10分钟，使中间合金充分熔化。中间合金的加入量根据上述阻燃高强耐热镁合金中Ca、RE、Sr的含量要求确定。

3)降温至700℃进行机械搅拌3～5分钟，精炼、扒渣，静置10分钟后浇铸。

本发明利用熔体法通过复合合金化，达到将提高镁合金的燃点和力学性能有效结合起来。经过复合合金化后的AZ91D镁合金相比AZ91D镁合金性能明显改善，燃点比AZ91D镁合金明显提高；与AZ91D镁合金相比，合金的室温、150℃、200℃力学性能都分别有明显提高。

附图说明

图1为AZ91D-0.3Ca-0.3RE-0.05Sr合金的(a)光镜、(b)扫描电镜照片。

图2为AZ91D-0.7Ca-0.3RE-0.1Sr合金的(a)光镜、(b)扫描电镜照片

具体实施方式

实施例1

将熔炼坩埚预热至暗红色，在500℃放入1Kg的AZ91D合金和270g纯镁等原料并通入99.2vol.％CO₂+0.8vol.％SF₆混合保护保护气体，待AZ91D合金和纯镁(平衡由于添加中间合金而造成的Al过量)熔化后，升温至740℃分别加入预热至200℃的Al-50wt.％Ca中间合金8g、Al-10wt.％RE中间合金26g、Al-10wt.％Sr中间合金6g，然后降温至700℃进行机械搅拌，精炼、扒渣，静置10分钟后浇铸，制得AZ91D+0.3wt.％Ca+0.2wt.％RE+0.05wt.％Sr合金。图1为该合金组织光镜和扫描电镜照片。测试表明，该合金的燃点为740℃，硬度为HB 72，室温抗拉伸度为172MPa，150℃拉伸强度为159MPa，250℃拉伸强度为136MPa。

实施例2

具体试验步骤与具体实例1相同，其中先加入1Kg的AZ91D合金和800g纯镁，加入的中间合金分别为Al-50wt.％Ca中间合金38g、Al-20wt.％RE中间合金95g、Al-10wt.％Sr中间合金19g。制得AZ91D+1.0wt.％Ca+0.8wt.％RE+0.1wt.％Sr合金。图2为该合金组织光镜和扫描电镜照片。测试表明，该合金的燃点为866℃，硬度为HB86，室温拉伸强度为211MPa，150℃拉伸强度为183MPa，250℃拉伸强度为156MPa。

实施例3

具体试验步骤与具体实例1相同，其中先加入1Kg的AZ91D合金和400g纯镁，加入的中间合金分别为Al-50wt.％Ca中间合金15g、Al-20wt.％RE中间合金37g、Al-10wt.％Sr中间合金23g。制得AZ91D+0.5wt.％Ca+0.5wt.％RE+0.15wt.％Sr合金。测试表明，该合金的燃点为786℃，硬度为HB 90，室温拉伸强度为212MPa，150℃拉伸强度为180MPa，250℃拉伸强度为158MPa。

Claims (2)

1.一种阻燃高强耐热镁合金，其特征在于：所述镁合金以AZ91D为基础合金，且添加有0.3～1.0wt％的Ca、0.2～0.8wt％的RE和0.05～0.15wt％的Sr；其中RE为通用富La混合稀土。

2.如权利要求1所述一种阻燃高强耐热镁合金的制备方法，其步骤为：

1)将熔炼坩埚预热至暗红色，在500℃加入AZ91D合金和纯镁并通入保护气体，其中纯镁用于平衡由于添加中间合金而造成的Al过量；

2)升温至740℃，分别加入预热至200℃的Al-Ca中间合金、Al-RE中间合金和Al-Sr中间合金，保温10分钟，使中间合金充分熔化；

3)降温至700℃进行机械搅拌3～5分钟，精炼、扒渣，静置10分钟后浇铸。

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