CN101386946B

CN101386946B - 一种适用于压铸超薄壁件的镁合金及制备方法

Info

Publication number: CN101386946B
Application number: CN2008102020409A
Authority: CN
Inventors: 周学华; 黄元伟; 陈秋荣; 卫中领; 高存旺
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: CN101386946A

Abstract

本发明涉及一种适用于压铸超薄壁件的镁合金及制备方法，属于镁铝合金领域。本发明提供的合金组成(wt％)为Al 11.0～14.0、Nd：0.5～2.0；Pr：0.1～1.0；Zn：0.2～1.0；Mn：0.2～0.4，余量为Mg元素和不可避免的杂质元素。其制备方法是采用CO₂+SF₆保护气氛熔炼，熔炼温度为710-750℃。所制备的合金由α相、含Nd或Pr的Mg₁₇Al₁₂相以及Mg、Al、Nd、Pr复杂金属间化合物相组成。本发明提供的镁合金，其力学性能优于AZ91D镁合金，铸造流动性则明显优于AZ91D，相比提高25.6％，因而适用于压铸或半固态成型铸造，也可用于砂型或金属型重力铸造或低压铸造。

Description

一种适用于压铸超薄壁件的镁合金及制备方法

技术领域

本发明涉及一种适用于压铸超薄壁件的镁合金及制备方法，更确切地说涉及一种铝含量为11.0-14.0质量百分数的高铝含量Mg-Al-Nd-Pr铸造镁合金及制备方法，属于镁合金领域。

背景技术

镁合金具有密度小、比强度、比刚度高，优良的电磁屏蔽性能和减震性能，良好的铸造与加工性能，在航空航天、汽车和电子信息等3C产品(计算机，通讯产品和消费电子产品)领域获得了越来越广泛的应用，近年来其使用量以每年20％的速度增长。

但是镁合金的流动性能差是其应用的重要障碍。镁合金由于其流动性较差，在加工薄壁件时成品率低，表面质量差，加工工艺复杂，且加工超薄壁工件难度很大。因此使得镁合金的进一步推广应用受到很大的限制。

用镁合金制造具有薄壁结构的3C产品壳体，通常采用压铸或射出成型工艺生产，更要求镁合金有优良的铸造性能。现有的镁合金虽然易于压铸，但对于薄壁壳体(厚度<1mm)来说，其铸造流动性仍嫌不足，这就影响到3C产品的成品率和表面质量。当前电子信息产品行业通常采用流动性较好的AZ91(Mg-9Al)镁合金压铸制作电子产品壳体。而薄壁镁制品的成型成品率一般只有70～80％，普遍存在的问题是良品率低、表面的外观质量欠佳，表面容易出现流线痕迹、斑点、疏松等铸造缺陷，很难保证3C产品表面光洁平整的质量要求，而且带来很大的表面整修工作负担，严重制约了镁制品企业的生产能力，加大了生产成本。因此，研发和应用具有高流动性高浸润性的新型压铸镁合金，对于提高3C镁制品企业的成品率、表面质量和生产能力、降低生产成本具有重要意义，也是电子信息产品企业的迫切需求。

美国专利United States Patent 6，582，533.”sium alloys excellentin fluidity and materials there of”提出一种具有优良流动性的镁合金，它含有：(重量百分数)Al：10.0～13.0％，Si：0.3～1.5％，Mn：0.1～1.0％，Zn：<0.8％，其余是Mg和不可避免的杂质。该合金由于含有很高的Al含量，因Al是促进流动性的元素，所以其流动性应该很好，但是高达10～13％的Al的镁合金，其塑性太差，材质太脆，对于3C产品壳体的应用显然不合适。

与此相类似的中国专利，如申请号为02143587.1提出一种“流动性优异的镁合金及其材料”，它含有：Al：10.0～12.8％，Si：0.4～1.4％，Mn：0.1～0.9％，以质量百分数记总量为20ppm～800ppm的Be、Ca、Sr、Ba和Mesh金属中的一种或两种或多种，其余是Mg和不可避免的杂质，其流动性的提高仍然主要依靠Al含量的加入，由此引起材质的脆化显然成为其扩大应用的重要制约因素。

中国专利申请号03150926.6提出一种流动性消失模铸造镁合金及其熔炼方法，其合金是在AZ91(Mg-9Al)合金基础上，提高合金的Al含量，降低Zn含量，加入富Ce混合稀土及Ti元素，还适量加入金属Be元素，得到流动性和力学性能都很好的镁合金，但该专利含有具有强毒性的Be元素，还含有对耐蚀性带来有害作用的Ti元素，因此这种合金也不是很理想的。

中国专利申请号200510055930.8提出一种高耐蚀铸造镁铝合金及制备方法，其合金组成(wt％)为Al7.5-10.5、Mn0.2-1.0、La0.1-0.8、Ce0.1-0.8、Pr0.05-0.3、Y0.1-0.8、Zn0.1-0.5、Sr0.2-1.5，余量为Mg元素和杂质元素，并提出了铸造镁铝合金的制备方法，以此方法制得的高耐蚀铸造镁合金，盐雾试验结果表明，此合金的耐蚀性能大大优于AZ91(Mg-9Al)和Mg-9Al-1RE合金，合金的力学性能与AZ91合金相当，但铸造流动性不能满足超薄壁件的压铸要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于压铸超薄壁件的镁合金及制备方法。本发明提供的镁合金是在系统研究合金元素对Mg-Al合金铸造流动性和力学性能影响的基础上，通过对高铝含量的镁合金加入稀土元素Nd和Pr，解决了高铝镁合金脆性问题，又进一步提高了Mg-Al合金的铸造流动性。研发成功一种具有高流动性和良好力学性能的压铸镁合金，用本发明提供的合金压铸镁合金制品，不仅显著提高了镁制品的压铸成品率，而且能成功地压铸超薄型镁制品，是适用于超薄壁件压铸用的镁合金。本发明提供的适用于超薄壁件的镁合金其化学组成为：(按质量百分比数计，wt％)

它含有：Al：11.0～14.0％；Nd：0.5～2.0％；Pr：0.1～1.0％；Zn：0.2～1.0％；Mn：0.2～0.4％，余量为Mg及不可避免的杂质。(不可避免的杂质总量≤0.2％)

(1)组成中Nd和Pr在改进合金流动性和力学性能方面，具有协同作用，因此需同时加入，不是只加其中一种。经x射线衍射相分析，所制备的合金由α相、含Nd或Pr的Mg₁₇Al₁₂相以及Mg、Al、Nd、Pr复杂金属间化合物组成。

(2)本发明提供的组成中，使用的原料均为工业纯，具体地说

工业纯Mg：二级≮99.9％(质量百分含量，下同)；

工业纯Al：二级≮99％；

工业纯Al-Mn合金：Mn为10％；工业纯Zn：≮99.95％；

工业纯Nd：≮99％，工业纯Pr：≮99％；

Nd和Pr也可采用Nd-Pr混合稀土合金Nd和Pr的总量≮99％，RE的总量≮99.9％。(均为质量百分数)

(3)所述的适用于压铸超薄壁件的镁合金的制作具体工艺步骤是：

(a)按合金的质量百分数组成：Al：11.0～14.0％；Nd：0.5～2.0％；Pr：0.1～1.0％；Zn：0.2～1.0％；Mn：0.2～0.4％，余量为Mg和不可避免的杂质，配料，熔炼成合金；

(b)采用CO₂+SF₆保护气氛熔炼或溶剂法熔炼，合金的熔炼温度为710～750℃，浇注温度为680～720℃，合金或在铸造温度下浇注成合金铸锭，将合金液温度控制在680～720℃进行高压铸造成镁合金制品；或者将铸锭加热到560-590℃，合金处于固相率为50％或以下时进行半固态铸造；或将合金加工成屑片屑块加热至560-590℃后，使合金处于固相率为50％或以下的半固态形态进行注射成形，制成镁合金制品。

合金的熔炼是先在熔炼炉中，先熔化Mg和Al，然后依次加入Al—Mn中间金属，金属Zn和Nd-Pr混合稀土合金，或Nd、Pr单独的稀土元素。

熔炼合金采用的是CO₂和SF₆的混合气体，具体比例为CO₂:SF6＝150～200:1。

不可避免的杂质元素限制为Si≤0.05％，Cu≤0.004％，Ni≤0.002％，Fe≤0.004％。

合金中加入的Nd和Pr可以用工业纯的Nd、工业纯的Pr或工业纯的Nd-Pr混合稀土合金，其中Nd的质量百分数为25％左右，Pr的质量百分数为75％左右，合金中Al和Zn分别以工业纯铝和工业纯锌加入，而Mn是以Al-Mn中间合金形式加入(其中Mn的质量百分数为10％，余量为Al)。

本发明提供的镁合金具有优异的铸造性，按常规的铸造性测试模测定，本发明提供的镁合金的试样流动长度比通用的AZ91D镁合金提高了25.6％(见表1)。

表1.本发明提供的镁合金和AZ91镁合金铸造流动性的比较

本发明提供的镁合金还具有良好的力学性能，其基本力学性能优于AZ91D镁合金(见表2)。

表2.本发明提供的镁合金的力学性能

本发明提供的镁合金的推荐熔炼温度为740℃，推荐浇注温度为720℃。它适合用于压铸或半固态成型铸造，也可用于砂型或金属型重力铸造或低压铸造。

附图说明

图1本发明提供的适用于压铸超薄壁件的镁合金的全相显微结构(×500)；

图2实施例1所提供的镁合金(右)与常用铸造镁合金(左)铸造性比较的直观图。

具体实施方式

下面通过实施例以进一步阐明本发明的实质性特点和显著的进步，但本发明决非仅局限于实施例。

实施例1

合金的配比成分(质量百分比)为：Al：13.0％；Nd：1.0％；Pr：0.3％；Zn：0.7％；Mn：0.3％，不可避免的杂质元素限制为：Si≤0.05％，Cu≤0.004％，Ni≤0.002％，Fe≤0.004％，余量为Mg。

在CO₂+SF₆的混合气体(CO₂：SF₆＝150：1)保护下，在10KG炼镁炉中熔炼上述组分的镁合金，按合金化学成分配比熔炼合金，熔炼原料为：工业纯金属Mg(二级，≮99.9％)，工业纯金属Al(二级，≮99％)，工业纯金属，工业纯金属Zn和比例约为：Nd：Pr＝5.3：2的工业级混合稀土合金或单独形式的工业纯Nd和工业纯Pr，Al-Mn合金(Mn约为10％)。熔炼温度约为740℃，浇注温度约为720℃。通过镁压铸机压铸成壁厚为1mm的手机壳体，成品率为96％。还成功地用本组成合金的屑状原料，通过半固态成型机制成壁厚为0.8mm的镁合金笔记本电脑壳体部件，成品率为90％。

本实施例提供的镁合金流动性明显优于常用的AZ91D(铸态)(图2所示)。

所制备的适用于压铸超薄壁件的镁合金是由α相、含Nd或Pr的Mg₁₇Al₁₂相以及Mg、Al、Pr、Nd复杂金属间化合物相构成。

实施例2

合金配比成分(质量百分数)为：Al：11.3％、Nd：0.6％、Pr：0.22％、Zn：0.5％、Mn：0.3％，不可避免的杂质元素限制为：Si≤0.05％，Cu≤0.004％，Ni≤0.002％，Fe≤0.004％，余量为Mg。

在CO₂+SF₆的混合气体(CO₂:SF₆＝200:1)保护下，在10kg炼镁炉中熔炼上述组分的镁合金，按合金化学成分配比熔炼合金，熔炼原料为：工业纯金属镁(二级，≮99.9％)，金属铝(二级，≮99％)，工业纯锌(≮99.95％)，工业纯Nd-Pr混合稀土合金(Nd：Pr＝5.3：2，RE总量≮99％，Nd+Pr总量≮99.9％)，Al-Mn中间合金(Mn约为10％)。熔炼温度约为740℃，浇注温度约为720℃。通过镁压铸机铸成壁厚为1mm的手机壳体，成品率为95％。还成功地用本组成合金的屑状原料，通过半固态成型机制成壁厚为0.8mm的镁合金笔记本电脑壳体部件，成品率为91％。

实施例3

合金配比成分(质量百分数)为：Al：13.5％、Nd：1.8％、Pr：0.95％、Zn：0.4％、Mn：0.3％，不可避免的杂质元素限制为：Si≤0.05％，Cu≤0.004％，Ni≤0.002％，Fe≤0.004％，余量为Mg。

在CO₂+SF₆的混合气体(CO₂:SF₆＝180:1)保护下，在10kg炼镁炉中熔炼上述组分的镁合金，按合金化学成分配比熔炼合金，熔炼原料为：工业纯金属镁(二级，≮99.9％)，金属铝(二级，≮99％)，工业纯金属锌(≮99.95％)，工业纯Nd-Pr中间合金(Nd:Pr＝5.3：2，RE总量≮99.9％，Nd+Pr总量≮99％)，Al-Mn中间合金(Mn约为10％)。熔炼温度约为740℃，浇注温度约为720℃。通过镁压铸机铸成壁厚为1mm的手机壳体，成品率为97％。还成功地用本组成合金的屑状原料，通过半固态成型机制成壁厚为0.8mm的镁合金笔记本电脑壳体部件，成品率为93％。

Claims

1.一种适用于压铸超薄壁件的镁合金，其特征在于所述的镁合金的组成元素的质量百分数为：Al 11.0～14.0％、Nd 0.5～2.0％、Pr 0.1～1.0％、Zn 0.2～1.0％、Mn 0.2～0.4％、余量为Mg以及不可避免的杂质。

2.按权利要求1所述的适用于压铸超薄壁件的镁合金，其特征在于所述的不可避免的杂质的质量百分总量为≤0.2％。

3.按权利要求1或2所述的适用于压铸超薄壁件的镁合金，其特征在于所述的杂质元素的质量百分数分别为：Si≤0.05％，Cu≤0.004％，Ni≤0.002％以及Fe≤0.004％。

4.按权利要求1所述的适用于压铸超薄壁件的镁合金，其特征在于所述的镁合金是由α相、含Nd或Pr的Mg₁₇Al₁₂相以及Mg、Al、Pr、Nd复杂金属间化合物相构成。

5.制备如权利要求1所述的适用于压铸超薄壁件的镁合金的方法，其特征在于工艺步骤是：

(a)按合金的元素质量百分数组成：Al 11.0～14.0％、Nd 0.5～2.0％、Pr 0.1～1.0％、Zn 0.2～1.0％、Mn 0.2～0.4％、余量为Mg以及不可避免的杂质配料，熔炼成合金；

6.按权利要求5所述的适用于压铸超薄壁件的镁合金的制备方法，其特征在于熔炼合金是先在熔炼炉中，先熔化Mg和Al，然后依次加入Al-Mn中间合金，金属Zn和Nd-Pr混合稀土合金或Nd、Pr单独的稀土元素。

7.按权利要求5所述的超薄壁件压铸用镁合金的制备方法，其特征在于熔炼合金是在CO₂∶SF₆＝150-200∶1的混合气氛保护下进行的。

8.按权利要求5所述的适用于压铸超薄壁件的镁合金的制备方法，其特征在于合金的熔炼温度为740℃，合金的浇注温度为720℃。

9.按权利要求5所述的适用于压铸超薄壁件的镁合金的制备方法，其特征在于在所述的Nd-Pr混合稀土合金中，Nd和Pr的质量百分总量≮99％，稀土RE的质量百分总量≮99.9％。

10.按权利要求6所述的适用于压铸超薄壁件的镁合金的制备方法，其特征在于所述的Al-Mn中间合金中Mn的质量百分数为10％，其余为Al。