CN102839307A

CN102839307A - 一种含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能变形镁合金

Info

Publication number: CN102839307A
Application number: CN2012103685478A
Authority: CN
Inventors: 陈先华; 潘复生; 刘娟
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: CN102839307B

Abstract

本发明公开了一种含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能的变形镁合金，其特征在于该变形镁合金由Mg、Zn、Zr、Ce组成，各组分质量百分含量为：Zn：5.50~5.80wt.%；Zr：0.45~0.60wt.%；Ce：0.45~1.90wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质。本发明的变形镁合金材料兼有优良的电磁屏蔽性能和高的强度，在力学性能相对于普通商用ZK系高强度变形镁合金进一步改善的同时，使其电磁屏蔽性能显著地提高，充分挖掘了镁合金材料的使用潜力，可满足电子电气、航空航天和国防军工等领域对高强高电磁屏蔽性能及轻量化材料的实际需求。而且，本发明所用设备简单，可移植性强，成本较低，且容易操作。

Description

一种含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能变形镁合金

技术领域

本发明涉及一种镁合金，特别涉及一种含有稀土铈的具有高强度和高电磁屏蔽性能的变形镁合金材料。

背景技术

电磁辐射引起的电磁干扰已经逐渐渗透人类生活的各个领域同时带来了一系列严峻的问题。电磁干扰不仅影响电子电气设备、通信设备工作的稳定性、安全性以及可靠性，而且日益威胁并危害着人类的身体健康。据报道，长期处于电磁环境中的人，免疫系统、神经系统、生殖系统极易受到伤害，并且容易诱发心血管疾病、糖尿病、癌突变等。此外，在现代化战场上，电磁环境趋于复杂，除了雷电、静电等自然电磁干扰源之外，还出现了更为强烈的人为干扰源。当这些干扰源发射的电磁波穿透武器系统的敏感器件时，其危害足以使武器装备瞬间失去战斗力。并且随着军事技术的进步，电磁波普不仅仅停留在无线电波段范围内，正迅速向低端声频、次声频和高端光频扩展，这种极具杀伤力的电磁波对未来军事战场上信息安全与设备防护提出了巨大的挑战。因此，发展电磁屏蔽技术、减少电磁辐射干扰在当今社会显得十分重要。

高性能屏蔽材料的研发是电磁屏蔽的一个关键环节。目前，广泛使用的屏蔽材料主要是金属材料(银、铜、镍等)、铁磁性材料(坡莫合金、高导磁率合金等)、高分子复合材料(发泡金属、填充类高聚合物)等。由于传统的金属材料和铁磁材料有密度较大等缺点，正逐渐被高分子复合材料所替代。然而，高分子复合材料普遍存在屏蔽性能不够高、力学性能较低等不足，限制了其工程应用领域。因此，迫切需要发展密度低、力学性能较高、电磁屏蔽性能优良的材料，以改善日益复杂的电磁环境。

众所周知，镁具有密度低、比强度高、比刚度高、易于回收、阻尼性能好和屏蔽性能较高等一系列优点，是一种极具潜力的电磁屏蔽材料。研究镁合金电磁屏蔽性能将会继续拓展其在电子、航空、航天、国防军工等领域的应用范围。然而，目前关于镁合金的研究主要集中于力学性能、成形性能及阻尼性能等方面，电磁屏蔽性能涉及较少。另外，现今一些镁合金材料虽然具有较高的强度，如ZK系镁合金等，可以运用至工业生产和商业应用，但是其电磁屏蔽性能通常不够高，不能满足一些较高端领域的需求。因此，开发同时具有高电磁屏蔽和高强度的镁合金材料已成为国内外镁行业一个急需解决的关键问题。

发明内容

针对现有电磁屏蔽材料的上述不足，本发明的目的是提供一种含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能的新型ZK系变形镁合金材料。

本发明的另一目的是提供所述含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能变形镁合金的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，本发明所述含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能变形镁合金，由Mg、Zn、Zr和Ce组成，其各组分的质量百分含量为：Zn：5.50~5.80 wt.%；Zr：0.45~0.60 wt.%；Ce：0.45~1.90 wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质。

本发明镁合金较好的组分为，各组分成分质量百分含量为：Zn:5.8 wt.%；Zr:0.51 wt.%；Ce:1.16 wt.%，其余为Mg与不可避免的杂质。

本发明不可避免的杂质为Fe、Si等，其总量＜0.05 wt.%。

进一步，所述含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能变形镁合金的制备方法，包括如下步骤：

a）往预热的坩埚中加入预热至150℃的镁锭，在720℃镁锭完全熔化后加入纯锌，待纯锌完全熔化，升温至740~760℃，再按配方加入镁铈中间合金，该中间合金中Ce的质量百分比为30%，搅拌5分钟；升温到780~800℃，再加入镁锆中间合金，其中Zr的质量百分比为30%，搅拌5分钟；

b）在760~780℃时精炼10分钟，之后静置20分钟；

c）将镁合金熔体降温至740~760℃，安装模具，开启气阀，压力为0.04Mpa，流量为500L/h，浇铸合金；80s后取出铸棒得到含稀土铈的镁合金。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明变形镁合金中，铈与镁形成耐热稀土相Mg₁₇Ce₂，并分布于晶界处，在挤压过程中能够阻碍晶界迁移，从而细化晶粒，强化基体合金，有效的提高了合金的力学性能；由于适量的铈元素，使合金的组织由细小的等轴状再结晶晶粒组成，第二相密度增加，第二相分布较为均匀，合金的畸变程度减小，电子的散射作用减弱，电导率提高，因此具有良好的电磁屏蔽性能，且屏蔽效能在测试频率范围内高且稳定。本发明变形镁合金材料兼有优良的电磁屏蔽性能和高的强度，在力学性能相对于普通商用ZK系高强度变形镁合金进一步改善的同时，使其电磁屏蔽性能显著地提高，充分挖掘了镁合金材料的使用潜力，可满足电子电气、航空航天和国防军工等领域对高强高电磁屏蔽性能及轻量化材料的实际需求。

2、本发明工艺简单，且容易操作；所采用的设备如熔炼炉、热挤压机等均为常规通用设备，具有可移植性强的特点。

附图说明

图1是编号为A的镁合金挤压态微观组织金相照片(不含稀土元素铈)；

图2是编号为B的镁合金挤压态微观组织金相照片；

图3是编号为C的镁合金挤压态微观组织金相照片；

图4是编号为D的镁合金挤压态微观组织金相照片。

具体实施方式

下面参照附图并结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解的是，这些实施例是用于说明本发明，而不是对发明的限制，本发明的保护范围不限于以下的实施例。

（一）本发明含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能变形镁合金，由Mg、Zn、Zr和Ce组成，其各组分的质量百分含量为：Zn：5.50~5.80 wt.%；Zr：0.45~0.60 wt.%；Ce：0.45~1.90 wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质。具体实施例如下：

表1 合金的化学成分（wt.%）

合金编号	Zn	Zr	Ce	Mg
					A	5.80	0.52	---	余量
B	5.60	0.49	0.45	余量
					C	5.80	0.51	1.16	余量
D	5.70	0.56	1.90	余量

（二）所述含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能变形镁合金的制备方法，包括如下步骤：

1. 熔炼: 将原辅材料预热至150℃，坩埚清洗预热到400℃。首先，往坩埚中加入镁锭，在720℃镁锭完全熔化后加入纯锌，升温至740~760℃，待纯锌完全熔化后再按照表1合金编号为B、C和D中稀土元素铈的质量百分比分别加入镁铈中间合金，该中间合金中Ce的质量百分比为30%，搅拌5分钟。升温到780~800℃，加入镁锆中间合金，其中Zr的质量百分比为30%，搅拌5分钟。在760~780℃时精炼10分钟，升温到780℃，静置20分钟。之后镁合金熔体降温至740~760℃，安装模具，开启气阀，压力为0.04Mpa，流量为500L/h，浇铸合金，80s后取出铸棒，从而分别得到编号为B、C、D的含稀土铈的ZK系镁合金。表1中不含稀土铈的合金A的熔炼工艺与含稀土铈的合金B、C、D基本相同，只是熔炼过程中不加入镁铈中间合金。

2. 均匀化处理：将步骤1制得的铸棒在380~420℃温度条件下进行高温均匀化处理，保温时间为10~15h;

3. 热挤压：在挤压机上对铸棒进行热挤压加工，挤压比为11.5:1，挤压温度为390℃，挤压得到125mm×8mm的含稀土铈的变形镁合金板材。

（三）含稀土镁合金挤压板材的性能测试试验：

取上述A、B、C、D含稀土镁合金挤压板材依次进行如下性能测试实验：

1、力学性能测试：根据GB/T228-2002将挤压板材加工成标准的拉伸试样，进行拉伸实验，测出的力学性能见表2;

2、电磁屏蔽性能测试：用电火花线切割，将挤压板材加工成Φ115×2mm的尺寸，然后在法兰同轴测试仪上进行屏蔽性能测试，测出的电磁屏蔽性能见表2。

表2 挤压态合金的力学性能与电磁屏蔽性能

由表2可以看出，添加稀土元素铈以后，合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率都有了一定程度的提高，尤其是合金B的抗拉强度、合金C的屈服强度与延伸率，相对于不含稀土元素铈的镁合金分别提高了7.3%、9.7%、36.4%。此外，加铈镁合金的电磁屏蔽性能无论是低频还是高频均高于不含铈的合金A。特别是添加1.16%铈元素后，合金C的电磁屏蔽效能在低频(f=400MHz)时从61.1dB提高到了74.1dB，提高了21%；在高频(f=1200MHz)时从56.5dB提高到了70.8dB，提高了25%。而且，值得注意的是合金C在整个测试频率范围内的电磁屏蔽效能均高于70dB，满足军事领域对屏蔽效能60~120dB的要求。

图1到图4为A、B、C、D四种合金的挤压态显微组织照片。从图中可以看出，添加稀土元素Ce之后，合金的晶粒尺寸明显减小，第二相化合物颗粒密度增加，因而合金的强度和塑性能够得以一定程度上的提高。随着Ce含量的增加，合金的晶粒尺寸逐渐减小，第二相的分布也趋于均匀，使得合金的电导率增加，从而使其电磁屏蔽性能得到大幅度提高。

通过上述实施例可知：本发明的变形镁合金材料兼有优良的电磁屏蔽性能和高的强度，在力学性能相对于普通商用ZK系高强度变形镁合金进一步改善的同时，使其电磁屏蔽性能显著地提高，充分挖掘了镁合金材料的使用潜力。本发明所述的高强度高电磁屏蔽性能变形镁合金应用范围广泛，可满足电子电气、航空航天和国防军工等领域对高强高电磁屏蔽性能及轻量化材料的实际需求。而且，本发明所用的工艺设备为常规通用设备，工艺简单，可移植性强，且容易操作。

Claims

1.一种含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能变形镁合金，其特征在于，所述镁合金由Mg、Zn、Zr和Ce组成，各组分的质量百分含量为：Zn：5.50~5.80 wt.%；Zr：0.45~0.60 wt.%；Ce：0.45~1.90 wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质；不可避免的杂质为Fe、Si等，其总量＜0.05 wt.%。

2.根据权利要求1所述的含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能变形镁合金，其特征在于，所述镁合金各组分的百分含量为：Zn：5.80 wt.%；Zr：0.51 wt.%；Ce：1.16 wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述含稀土铈的高强度高电磁屏蔽性能变形镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a）往预热的坩埚中加入预热至150℃的镁锭，在720℃镁锭完全熔化后加入纯锌，待纯锌完全熔化，升温至740~760℃，再按配方分别加入镁铈中间合金，该中间合金中Ce的质量百分比为30%，搅拌5分钟；升温到780~800℃，再加入镁锆中间合金，其中Zr的质量百分比为30%，搅拌5分钟；

b）在760~780℃时精炼10分钟，之后静置20分钟；

c）将镁合金熔体降温至740~760℃，开启气阀，压力为0.04Mpa，流量为500L/h，浇铸合金；80s后取出铸棒得到含稀土铈的镁合金。