CN102676895A - 耐热镁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

耐热镁合金及其制备方法，它涉及一种镁合金及其制备方法。本发明解决了现有镁合金高温性能差的技术问题。本发明耐热镁合金由Sr、Si、Ca和余量的Mg组成。制备方法如下：一、制备镁液；二、制备熔液A；三、制备熔液B；四、在700℃～740℃、保护气保护的条件下，将熔液B浇注到模具中，即得耐热镁合金。本发明通过加入Ca，Si元素，形成Mg2Ca，Mg2Si第二相，提高镁合金在高温时的力学性能，改善其耐热性。本发明通过加入Sr元素，使粗大的块状或骨骼状第二相趋于弥散分布，起到改善第二相尺寸和分布的作用，进一步提高材料的高温性能和导热性能。

Description

耐热镁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金作为最轻质的商用金属工程结构材料，具有较高的比强度和比刚度、阻尼吸震降噪性能优越、易于回收利用等优点，被誉为“21世纪绿色结构材料”，但镁合金的高温性能较差却限制了其的应用。对Mg进行Si合金化，利用生成的Mg2Si作为强化相是提高镁合金高温性能的有效手段，其中控制和改善Mg2Si相的形态、尺寸和分布对于提高Mg2Si相的强化效果甚为关键。
Sr可变质镁合金中Mg2Si等第二相，还可细化镁合金晶粒，可与Mg形成热稳定性高的耐热强化相。在含Sr镁合金研发方面，Mg-Al-Sr耐热镁合金已得到商业应用。
对于在高温条件下使用的镁合金构件，如果其热导率较低，散热性能较差，构件会发生热变形，会显著降低合金的使用性能。商业化的Mg-Al-Sr合金由于含有Al，热导率较低。
目前开发的耐热镁合金很少兼顾合金的热导率，这影响了其耐热性能的充分发挥。
发明内容
本发明为了解决现有镁合金高温性能差的技术问题，提供了一种耐热镁合金及其制备方法。
本发明耐热镁合金按质量百分含量由0.1～5％的Sr、1～20％的Si、0.1～2％的Ca和余量的Mg组成。
上述耐热镁合金的制备方法如下：
一、按照Sr的质量百分含量为0.1～5％、Si的质量百分含量为1％～20％、Ca的质量百分含量为0.1～2％和余量为Mg的比例称取纯镁锭、Ca、Mg-Si中间合金和Mg-Sr中间合金；
二、将纯镁锭放入熔炼炉内的坩埚中，放入RJ5溶剂，加热到720℃～780℃，纯镁锭开始熔化时，通入CO2与SF6的混合气体，至纯镁锭完全熔化，保持720℃～780℃的温度10～20分钟，得到镁液；
三、在720℃～740℃的条件下，向镁液中加入Ca和Mg-Si中间合金，充分熔化后，搅拌3～7分钟，静置10～15分钟，得到熔液A；
四、在740℃～780℃的条件下，向熔液A中加入Mg-Sr中间合金，充分熔化后，搅拌3～5分钟，静置10分钟，得到熔液B；
五、在700℃～740℃、保护气保护的条件下，将熔液B浇注到预热至450℃～500℃的模具中，即得耐热镁合金；步骤二中RJ5溶剂的加入量为耐热镁合金质量的1％。
步骤一中所述的CO2与SF6的混合气体中CO2与SF6的体积比是40∶1。
步骤一中所述的Mg-Si中间合金中Si的质量百分含量为10％。
步骤一中所述的Mg-Sr中间合金中Sr的质量百分含量为20％。
步骤五中所述保护气是CO2与SF6的混合气体，CO2与SF6的混合气体中CO2与SF6的体积比为40∶1。
本发明通过加入Ca，Si元素，形成Mg2Ca，Mg2Si第二相，提高镁合金在高温时的力学性能，改善其耐热性。本发明通过加入Sr元素，使粗大的块状或骨骼状第二相趋于弥散分布，起到改善第二相尺寸和分布的作用，进一步提高材料的高温性能和导热性能。
本发明制备得到的耐热镁合金在350℃进行挤压(挤压比为12∶1)，挤压后本发明制得的耐热镁合金的室温热导率为121W.(m.K)-1～125W.(m.K)-1，150℃的屈服强度为120MPa～150MPa，抗拉强度为200MPa～230MPa。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中耐热镁合金按质量百分含量由0.1～5％的Sr、1～20％的Si、0.1～2％的Ca和余量的Mg组成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是耐热镁合金按质量百分含量由1～4％的Sr、2～18％的Si、1～1.5％的Ca和余量的Mg组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是耐热镁合金按质量百分含量由2％的Sr、15％的Si、1.2％的Ca和余量的Mg组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式中耐热镁合金的制备方法如下：
一、按照Sr的质量百分含量为0.1～5％、Si的质量百分含量为1％～20％、Ca的质量百分含量为0.1～2％和余量为Mg的比例称取纯镁锭、Ca、Mg-Si中间合金和Mg-Sr中间合金；
二、将纯镁锭放入熔炼炉内的坩埚中，放入RJ5溶剂，加热到720℃～780℃，纯镁锭开始熔化时，通入CO2与SF6的混合气体，至纯镁锭完全熔化，保持720℃～780℃的温度10～20分钟，得到镁液；
三、在720℃～740℃的条件下，向镁液中加入Ca和Mg-Si中间合金，充分熔化后，搅拌3～7分钟，静置10～15分钟，得到熔液A；
四、在740℃～780℃的条件下，向熔液A中加入Mg-Sr中间合金，充分熔化后，搅拌3～5分钟，静置10分钟，得到熔液B；
五、在700℃～740℃、保护气保护的条件下，将熔液B浇注到预热至450℃～500℃的模具中，即得耐热镁合金；步骤二中RJ5溶剂的加入量为耐热镁合金质量的1％。
本实施方式步骤二中所述RJ5溶剂由洛阳市兴隆化工有限责任公司生产。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中所述的CO2与SF6的混合气体中CO2与SF6的体积比是40∶1。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是步骤一中所述的Mg-Si中间合金中Si的质量百分含量为10％。其它与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是步骤一中所述的Mg-Sr中间合金中Sr的质量百分含量为20％。其它与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是步骤五中所述保护气是CO2与SF6的混合气体，CO2与SF6的混合气体中CO2与SF6的体积比为40∶1。其它与具体实施方式四至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是步骤二中保持750℃的温度15分钟，得到镁液。其它与具体实施方式四至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是步骤五中在730℃、保护气保护的条件下，将熔液B浇注到预热至480℃的模具中。其它与具体实施方式四至九之一相同。
采用下述实验验证本发明效果：
实验一：
耐热镁合金的制备方法如下：
一、将1100g纯镁锭放入熔炼炉内的坩埚中，放入10g RJ5溶剂，加热到740℃，纯镁锭开始熔化时，通入CO2与SF6的混合气体，至纯镁锭完全熔化，保持740℃的温度10分钟，得到镁液；
二、在740℃的条件下，向镁液中加入13g Ca和650g Mg-Si中间合金，充分熔化后，搅拌5分钟，静置10分钟，得到熔液A；
三、在740℃的条件下，向熔液A中加入98g Mg-Sr中间合金，充分熔化后，搅拌5分钟，静置10分钟，得到熔液B；
四、在740℃、保护气保护的条件下，将熔液B浇注到预热至470℃的模具中，即得耐热镁合金。
实验一制备得到的耐热镁合金中Si的质量含量为3.4％，Sr的质量含量为0.9％，Ca的质量含量为0.6％，余量为Mg。
将实验一制备得到的耐热镁合金在350℃进行挤压，挤压比为12∶1，挤压后本实验制得的耐热镁合金的室温热导率为125W.(m.K)-1，150℃的屈服强度为120MPa，抗拉强度为200MPa。
实验二：
耐热镁合金的制备方法如下：
一、将1300g纯镁锭放入熔炼炉内的坩埚中，放入12g RJ5溶剂，加热到740℃，纯镁锭开始熔化时，通入CO2与SF6的混合气体，至纯镁锭完全熔化，保持740℃的温度10分钟，得到镁液；
二、在740℃的条件下，向镁液中加入35g Ca和1504g Mg-Si中间合金，充分熔化后，搅拌5分钟，静置10分钟，得到熔液A；
三、在740℃的条件下，向熔液A中加入320g Mg-Sr中间合金，充分熔化后，搅拌5分钟，静置10分钟，得到熔液B；
四、在740℃、保护气保护的条件下，将熔液B浇注到预热至470℃的模具中，即得耐热镁合金。
实验二制备得到的耐热镁合金中Si的质量含量为5.1％，Sr的质量含量为1.9％，Ca的质量含量为1.1％，余量为Mg。
将实验二制备得到的耐热镁合金在350℃进行挤压，挤压比为12∶1，挤压后本实验制得的耐热镁合金的室温热导率为121W.(m.K)-1，150℃的屈服强度为150MPa，抗拉强度为230MPa。

Claims (10)

1.耐热镁合金，其特征在于耐热镁合金按质量百分含量由0.1～5％的Sr、1～20％的Si、0.1～2％的Ca和余量的Mg组成。
2.根据权利要求1所述耐热镁合金，其特征在于耐热镁合金按质量百分含量由1～4％的Sr、2～18％的Si、1～1.5％的Ca和余量的Mg组成。
3.根据权利要求1所述耐热镁合金，其特征在于耐热镁合金按质量百分含量由2％的Sr、15％的Si、1.2％的Ca和余量的Mg组成。
4.权利要求1所述耐热镁合金的制备方法，其特征在于耐热镁合金的制备方法如下：
一、按照Sr的质量百分含量为0.1～5％、Si的质量百分含量为1％～20％、Ca的质量百分含量为0.1～2％和余量为Mg的比例称取纯镁锭、Ca、Mg-Si中间合金和Mg-Sr中间合金；
二、将纯镁锭放入熔炼炉内的坩埚中，放入RJ5溶剂，加热到720℃～780℃，纯镁锭开始熔化时，通入CO2与SF6的混合气体，至纯镁锭完全熔化，保持720℃～780℃的温度10～20分钟，得到镁液；
三、在720℃～740℃的条件下，向镁液中加入Ca和Mg-Si中间合金，充分熔化后，搅拌3～7分钟，静置10～15分钟，得到熔液A；
四、在740℃～780℃的条件下，向熔液A中加入Mg-Sr中间合金，充分熔化后，搅拌3～5分钟，静置10分钟，得到熔液B；
五、在700℃～740℃、保护气保护的条件下，将熔液B浇注到预热至450℃～500℃的模具中，即得耐热镁合金；步骤二中RJ5溶剂的加入量为耐热镁合金质量的1％。
5.根据权利要求4所述耐热镁合金的制备方法，其特征在于步骤一中所述的CO2与SF6的混合气体中CO2与SF6的体积比是40∶1。
6.根据权利要求4所述耐热镁合金的制备方法，其特征在于步骤一中所述的Mg-Si中间合金中Si的质量百分含量为10％。
7.根据权利要求4所述耐热镁合金的制备方法，其特征在于步骤一中所述的Mg-Sr中间合金中Sr的质量百分含量为20％。
8.根据权利要求4所述耐热镁合金的制备方法，其特征在于步骤五中所述保护气是CO2与SF6的混合气体，CO2与SF6的混合气体中CO2与SF6的体积比为40∶1。
9.根据权利要求4、5、6、7或8所述耐热镁合金的制备方法，其特征在于步骤二中保持750℃的温度15分钟，得到镁液。
10.根据权利要求4、5、6、7或8所述耐热镁合金的制备方法，其特征在于步骤五中在730℃、保护气保护的条件下，将熔液B浇注到预热至480℃的模具中。
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