CN102994846A

CN102994846A - 一种加强屏磁防辐射抗静电功能的镁合金及其制备方法

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Publication number: CN102994846A
Application number: CN2012103894628A
Authority: CN
Inventors: 高源�; 高�浩; 高坚珂; 武越; 安文柱; 赵海林; 温晓光; 范瑞林; 范毓仙
Original assignee: 高源�
Current assignee: Gao Yuan
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2032-10-15
Also published as: CN102994846B

Abstract

一种加强屏磁防辐射抗静电功能的镁合金，目的是提供一种可有效加强屏磁、防辐射、抗静电功能的镁合金材料，该镁合金的组份及按质量百分比计的含量为：铝4-9.2%；铈1.5-4%；钛0.8-2%；不可避免杂质0-2%；余量为镁；该镁合金的制备是：选用镁-铝、镁-铈、镁-钛三种合金为原料；确定其使用量；将三种合金放入一密闭装置中，对该密闭装置抽真空，预热5分钟以上；同时预热盛装镁合金的模具待用；将预热后的镁-铝合金放入熔化炉，升温，通入氩气，继续升温至680-710℃，向熔化炉中加入氟钛酸钾，继续升温至780-790℃；先进行合金液下排渣，再做合金液面上打渣处理；将预热后的镁-铈合金和镁-钛合金加入熔化炉，减温并做打渣处理；将合金液迅速浇注至镁合金模具中。

Description

一种加强屏磁防辐射抗静电功能的镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金材料及其制备方法，特别是指一种具有加强屏磁、防辐射、抗静电功能的镁合金材料。

背景技术

磁辐射超过一定强度（即安全卫生标准限值）后，会对人体产生负面效应，导致头疼、失眠、记忆衰退、血压升高或下降、心脏出现界限性异常等症状，如在电磁辐射超强度的环境下长期作业，严重的可能引起部分人员流产、白内障，甚至诱发致癌和基因突变。镁合金具有很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加工性，加工成本低、易于回收等优点，但常用镁合金材料的耐腐蚀性能较差，尤其是电位腐蚀原因，因此长期以来，镁合金材料一直难以大规模的被应用在防辐射和抗静电领域。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种可有效加强屏磁、防辐射、抗静电功能的镁合金材料，以及这种镁合金材料的制备方法。

本发明镁合金材料的组份及按质量百分比计的含量为：铝（Al）4-9.2%；铈（Ce）1.5-4%；钛（Ti）0.8-2%；不可避免杂质0-2%；余量为镁（Mg)，各组份质量之和为100%。形成Mg-Al-Ce-Ti合金材料。

在所述的不可避免杂质中，要求按质量百分比计的铁（Fe）含量≤0.001%。对锌（Zn）、锰（Mn）、硅（Si）、铜（Tu）、镍（Ni）等含量不作要求。

本发明镁合金材料的制备方法是：

（1）选用镁-铝（Mg-Al）、镁-铈（Mg-Ce）、镁-钛（Mg-Ti）三种合金为原料；

所述的镁-铝（Mg-Al）合金中，按质量百分比计的镁含量≥89%，铝含量≥9%，不可避免杂质含量≤2%。

镁-铈（Mg-Ce）合金中，按照质量百分比计的铈（Ce）的含量M满足：10%≤M≤20%；不可避免杂质含量≤0.001%。

镁-钛（Mg-Ti）合金中，按照质量百分比计的钛（Ti）含量N满足：10%≤N≤20%；不可避免杂质含量≤0.001%。

所述的不可避免杂质包括冶炼过程中残留在合金中的铁（Fe）、锌（Zn）、锰（Mn）、硅（Si）、铜（Tu）、镍（Ni）等元素。

上述三种合金的使用量分别按照下列公式确定：

镁-铈（Mg-Ce）合金使用量B=0.04A÷M；（Ⅰ）

镁-钛（Mg-Ti）合金使用量C=0.02A÷N；（Ⅱ）

镁-铝（Mg-Al）合金使用量D=1.1（A-B-C）；（Ⅲ）

其中：A为拟生产的本发明镁合金材料的总质量；B为生产总质量A的镁合金材料所需要的镁-铈（Mg-Ce）合金的使用量；C为镁-钛（Mg-Ti）合金的使用量；D为镁-铝（Mg-Al）合金使用量；M为镁-铈（Mg-Ce）合金中按质量百分比计的铈（Ce）含量；N为镁-钛（Mg-Ti）合金中按质量百分比计的钛（Ti）含量；常数0.04、0.02、1.1系经验数值。

（2）将镁-铝（Mg-Al）合金、镁-铈（Mg-Ce）合金和镁-钛（Mg-Ti）合金放入一密闭装置中，对该密闭装置抽真空至-0.1±0.02MPa，然后预热5分钟以上，预热温度为150±20℃；在加热过程中要保持真空度。同时，用200±20℃温度热源预热盛装镁合金的模具待用，该模具采用碳化硅材料制成。

（3）将预热后的镁-铝（Mg-Al）合金放入熔化炉，升温至350±5℃，通入氩气，继续升温至680-710℃，对金属溶液搅拌20分钟以上；然后，向熔化炉中加入氟钛酸钾，继续升温至780-790℃，搅拌20分钟以上，再静置40分钟以上；先进行合金液下排渣，再做合金液面上打渣处理；

所述氩气的供气压力应保持在1个标准大气压以上，供气量要求在熔化炉内上部气体中保持氩气浓度在90%以上。所述的氟钛酸钾的添加量根据镁-铝（Mg-Al）合金中铁（Fe）含量而定，按照质量比计的具体比例是：氟钛酸钾（K₂TiF₆·H₂O）：铁（Fe）=9.0-10.5:1。由于镁-铈（Mg-Ce）合金和镁-钛（Mg-Ti）合金中铁等不可避免杂质含量≤0.001%，可忽略。

（4）将预热后的镁-铈（Mg-Ce）合金和镁-钛（Mg-Ti）合金加入熔化炉，减温至760℃±15℃，再次搅拌20分钟以上并做打渣处理。

（5）将合金液迅速浇注至已经预热好的盛装镁合金的模具中。

所述的熔化炉可以是电熔化炉或燃气熔化炉。所述的氩气是用于镁合金冶炼的保护气，在通入熔化炉后，一直到生产过程结束方可停止供气。

采取以上方法制备的Mg-Al-Ce-Ti合金材料用于生产屏磁防辐射抗静电功能产品时，可以根据产品的用途、性能、结构、用量等要素添加纯度为99.99%镁锭和纯度为99.99%铝锭进行二次配比，以达到本发明目的之一内容的各成分要求。所述的添加镁锭和铝锭的工作可以在另外场地进行，也可以在上述步骤（4）实施后，步骤（5）实施前一并进行。在合金加工过程中，有少量的镁（Mg)被烧失，加入氟钛酸钾后，在做液下排渣和液面打渣处理过程中，也会有量损现象发生，导致最终制得的合金材料的总质量有所偏差，总质量偏差因素主要依靠在生产过程中技术人员的经验和技能进行掌控。

铈（Ce)是一种稀土金属，用来冶炼合金具有优良的还原剂特性，且还原后所形成的合金化合物具有反磁性，并能与铁（Fe)生成合金自燃。钛（Ti）是一种重量轻、强度高、有良好的抗腐蚀能力，耐高（低）温、抗强酸、抗强碱的金属，比强度位于金属之首。在电化学中，钛是单向阀型金属，电位很负，且钛是无磁性金属，不会被磁化。氟钛酸钾（K₂TiF₆·H₂O）是一种白色片状结晶体，熔点780℃，在金属镁冶炼及镁合金生产中，可以作为除铁剂使用。

所述的镁-铝（Mg-Al）合金、镁-铈（Mg-Ce）合金和镁-钛（Mg-Ti）合金可以在市场中买到直接使用，也可现场制备。现场制备时，各成分的质量百分比需要严格按照上述的要求配比；即：镁-铝（Mg-Al）合金要求镁含量M≥89%，铝含量≥9%，杂质含量≤2%；镁-铈（Mg-Ce）合金要求铈（Ce）的含量为10~20%，杂质含量≤0.001%；镁-钛（Mg-Ti）合金要求钛（Ti）的含量为10~20%，杂质含量≤0.001%。

本发明通过以上技术方案的实施，去除了影响镁合金电位腐蚀性能差的铁Fe等正磁性物质，增添了耐腐蚀性能强的顺磁性物质钛Ti和反磁性物质铈Ce，大大加强了镁合金的屏磁性能和防辐射功能，并提升了合金的耐腐蚀性能，尤其是耐电位腐蚀性能，使得镁合金导电优势应用在抗静电领域。本发明产品可以应用在智能电网、国防军工、党政机关、保密系统、信息通信、设备制造、医疗卫生、金融系统、检测机构、研究院所等行业和领域，为国防军事、工业、农业、服务业等国家安全以及现代人们生产、生活和健康提供加强屏磁、防辐射、抗静电功能的三效合一安全保障。

具体实施方式

拟生产本发明镁合金材料总质量A为1000Kg，其制备过程如下：

（1）对原料镁-铝（Mg-Al）合金进行随机抽检化验，按照质量百分比确定原料中镁（Mg)的含量、铝（Al）、铁（Fe）的含量。

随机抽取原料镁-铝（Mg-Al）合金样本三份各10g进行化验，化验得到该批次的镁-铝（Mg-Al）合金中，各成分的质量百分比平均值为：Mg：90.1%；Al：9.1%；Fe:0.15%；其它0.65%。

随机抽取原料镁-铈（Mg-Ce）合金进行化验，化验得到该批次的镁-铈（Mg-Ce）合金中，各成分的质量百分比Mg：88%；Ce：12%，杂质含量≤0.001%。

随机抽取原料镁-钛（Mg-Ti）合金进行化验，化验得到该批次的镁-钛（Mg-Ti）合金中，各成分的质量百分比Mg：85%；Ti：15%，杂质含量≤0.001%。

确定各原料的使用量：

镁-铈（Mg-Ce）合金使用量B=0.04A÷M=0.04×1000÷12%=333.33Kg

镁-钛（Mg-Ti）合金使用量C=0.02A÷N=0.02×1000÷15%=133.33Kg；

镁-铝（Mg-Al）合金使用量D=1.1（A-B-C）=1.1×（1000-333.33-133.33）=586.67Kg。

（2）将取到的镁-铝（Mg-Al）合金、镁-铈（Mg-Ce）合金和镁-钛（Mg-Ti）合金放入密闭烘箱中，对烘箱进行抽真空至-0.11MPa，然后加温至150℃预热5分钟以上，在加热过程中要保持真空度。同时，用200℃温度燃气炉预热盛装合金的模具待用。

（3）将镁-铝（Mg-Al）合金放入熔化炉，加温至350℃后，通入氩气，继续升温至690℃，待熔化炉内合金熔化后，进行搅拌30分钟；然后，向熔化炉中加入氟钛酸钾8Kg；继续升温至790℃，搅拌30分钟后静置60分钟，进行合金液下排渣处理，而后进行合金液面打渣处理。

因镁-铝合金为586.67Kg，铁含量Fe:0.15%，则镁-铝合金中含铁总量为586.67Kg×0.15%=0.88Kg，氟钛酸钾（K2TiF6·H2O）：铁（Fe）=9.1:1，加入氟钛酸钾量为0.88×9.1=8.008Kg，取整数为8Kg。

（4）将已经预热的镁-铈（Mg-Ce）合金和镁-钛（Mg-Ti）合金加入熔化炉，减温至750℃，再次搅拌30分钟并做合金液面打渣处理。

（5）将熔化炉内的镁合金液迅速浇注至已经预热好的镁合金模具中冷却成型。

采用以上工艺步骤的加工，制得Mg-Al-Ce-Ti合金材料的质量百分比为：镁（Mg)88.23%；铝（Al）5.34%；铈（Ce）4%；钛（Ti）2%；其它0.43%，其中，合金体中铁（Fe）含量≦0.001%。

以上实施例生产过程中，镁-铈（Mg-Ce）合金使用量333.33Kg，镁-钛（Mg-Ti）合金使用量133.33Kg，镁-铝（Mg-Al）合金使用量586.67Kg，再加入氟钛酸钾8Kg，各项累加进入熔化炉的总质量为1061.33Kg。相比计划生产总质量1000Kg多了61.33Kg，其中氟钛酸钾化学反应后的化合物以及多余的氟钛酸钾最终要在排渣和打渣处理中去除，实际多了53.33Kg，冶炼过程中把杂质去除一部分，再把损失量抛除，最终制备的Mg-Al-Ce-Ti合金材料总质量在1000Kg左右，略有偏差。由于镁质量最轻，性能活泼，被烧失是镁，其它元素损失可以忽略不计。加入氟钛酸钾参与去除杂质化学反应后，原有杂质以及多余的氟钛酸钾通过液下排渣和液面打渣处理，也会对总质量也有影响。

Claims

1.一种加强屏磁防辐射抗静电功能的镁合金，其特征是该镁合金的组份及按质量百分比计的含量为：铝4-9.2%；铈1.5-4%；钛0.8-2%；不可避免杂质0-2%；余量为镁；各组份质量之和为100%；在所述的不可避免杂质中，按质量百分比计的铁含量≤0.001%。

2.如权利要求1所述的加强屏磁防辐射抗静电功能的镁合金的制备方法，其特征是：

选用镁-铝、镁-铈、镁-钛三种合金为原料；在所述的镁-铝合金中，按质量百分比计的镁含量≥89%，铝含量≥9%，不可避免杂质含量≤2%；在镁-铈合金中，按照质量百分比计的铈含量M满足：10%≤M≤20%；不可避免杂质含量≤0.001%；在镁-钛合金中，按照质量百分比计的钛含量N满足：10%≤N≤20%；不可避免杂质含量≤0.001%；所述的不可避免杂质包括冶炼过程中残留在合金中的铁、锌、锰、硅、铜、镍元素；上述三种合金的使用量分别按照下列公式确定：

镁-铈合金使用量B=0.04A÷M；（Ⅰ）

镁-钛合金使用量C=0.02A÷N；（Ⅱ）

镁-铝合金使用量D=1.1（A-B-C）；（Ⅲ）

其中：A为拟生产的镁合金材料的总质量；B为生产总质量A的镁合金材料所需要的镁-铈合金的使用量；C为镁-钛合金的使用量；D为镁-铝合金使用量；M为镁-铈合金中按质量百分比计的铈含量；N为镁-钛合金中按质量百分比计的钛含量；

（2）将镁-铝合金、镁-铈合金和镁-钛合金放入一密闭装置中，对该密闭装置抽真空至-0.1±0.02MPa，然后预热5分钟以上，预热温度为150±20℃；加热过程中保持真空度；同时，用200±20℃温度热源预热盛装镁合金的模具待用；

（3）将预热后的镁-铝合金放入熔化炉，升温至350±5℃，通入氩气，继续升温至680-710℃，对金属溶液搅拌20分钟以上；然后，向熔化炉中加入氟钛酸钾，继续升温至780-790℃，搅拌20分钟以上，再静置40分钟以上；先进行合金液下排渣，再做合金液面上打渣处理；

所述氩气的供气压力保持在1个标准大气压以上，供气量应满足氩气浓度在熔化炉内上部气体中保持在90%以上；所述的氟钛酸钾的添加量根据镁-铝合金中的铁含量而定，按照质量比计的具体比例为：氟钛酸钾：铁=9.0-10.5:1；

（4）将预热后的镁-铈合金和镁-钛合金加入熔化炉，减温至760℃±15℃，再次搅拌20分钟以上并做打渣处理；

3. 如权利要求2所述的加强屏磁防辐射抗静电功能的镁合金的制备方法，其特征是所述的熔化炉是电熔化炉或燃气熔化炉。

4. 如权利要求2所述的加强屏磁防辐射抗静电功能的镁合金的制备方法，其特征是盛装镁合金的模具采用碳化硅材料制成。