CN103290289B - 一种镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种镁合金及其制备方法，在不影响镁合金的机械性能的同时，阻止其加工过程中的氧化燃烧现象，并进一步提高镁合金的综合性能。所述的镁合金组分及其质量百分比为7～9%Al、0.5～7%Zn、0.18～0.3%Mn、Si≤0.045%、Cu≤0.025%、Ni≤0.001%、Fe＜0.004%、0.05%La、0.15%Ce、1%Ca，余量为Mg。制备方法为：（1）材料的准备；(2)将Mg及其他元素熔化后先向熔液中加入Ce中间合金，再向其中加入钙，再向其中加入La中间合金；（3）将制得的熔液降温至680～700℃，浇铸至温度为160～170℃的模具中，压射比压为65～80MPa，保压15s。
Description
技术领域
本发明属于合金领域，尤其是镁合金。
背景技术
镁合金比强度、比刚度高，用其代替铝合金可减轻重量，是目前比重最轻的结构材料，且具有磁屏蔽性、吸震性能高和良好的切削性能等，在航空航天领域得到了广泛的应用。
随着科技的发展，镁合金由于其自身的优点，越来越受人们欢迎。如，把镁合金应用于汽车制造业，来制造汽车零部件，可以明显降低车架质量，从而降低油耗，大大降低了石油的需求量。
尽管镁合金受到了人们的青睐，应用范围和使用量都在不断扩大。但是由于其自身的一些特性限制了其广泛应用。镁合金的耐腐蚀性较差，镁合金化学性质活泼，在潮湿的环境下很容易腐蚀，使得镁合金对应用环境有较高的要求；镁合金的耐热性也较差，通用的合金的工作温度一般不超120℃，而诸如汽车动力部件之类高温部件工作温度达150℃，超过了镁合金允许使用温度。
且在镁合金熔炼、浇铸过程中极易被空气中的氧气氧化燃烧，造成生产困难，给操作人员可能带来生命危险。
目前防止镁合金加工过程中的氧化燃烧的手段有：熔剂覆盖法、气体保护法、合金化法等。前两种工艺复杂，且设备复杂昂贵；合金化方法降低镁合金的机械性能。
发明内容
本发明提供一种镁合金及其制备方法，在不影响镁合金的机械性能的同时，阻止其加工过程中的氧化燃烧现象，并进一步提高镁合金的综合性能。
所述的镁合金组分及其质量百分比为7～9％Al、0.5～7％Zn、0.18～0.3％Mn、Si≤0.045％、Cu≤0.025％、Ni≤0.001％、Fe＜0.004％、0.05％La、0.15％Ce、1％Ca，余量为Mg。
所述的镁合金制备方法步骤如下：
(1)材料的准备：将各原料按照配比准备好，所述的Ce以Mg-30～50wt.％Ce中间合金准备；所述的Mg以Mg-30～60wt.％La中间合金准备；
(2)将除了稀土中间合金和Ca的其他原料熔化后升温至690℃～710℃，先向镁合金熔液中加入Mg-Ce中间合金，并保温10分钟；然后将合金熔液升温至765℃～780℃后再向其中加入Ca，保温3分钟后再向其中加入Mg-La中间合金，并保温5分钟；
所述的Mg-Ce中间合金、Mg-La中间合金和Ca预热温度为200～250℃；
(3)将上述制得的熔液降温至680℃～700℃，浇铸至温度为160～170℃的模具中，压射比压为65～80MPa，保压15s。
所述的Mg-30～50wt.％Ce中间合金中Ce质量占镁合金质量的0.15％；所述的Mg-30～60wt.％La中间合金中La质量占镁合金质量的0.05％；所述的Ca占镁合金质量的1％。加入的组分含量较多会对镁合金的机械性能有影响。
作为优选，步骤(2)中所述的Mg-Ce中间合金、Mg-La中间合金和Ca预热温度为220℃。
为达到更好的力学性能，作为优选，步骤(3)中首先将熔液降温至690℃，浇铸至温度为165℃的模具中，压射比压为75MPa，保压15s。
本发明的有益效果：本发明首先通过Mg-Ce中间合金使得镁合金的起燃温度得到了提高；再利用Ca在镁合金表面富集一层CaO，并在表层下以CaO形式填充到MgO的间隙中，大大提高了镁合金的起燃温度；Ca的加入虽然使得镁合金的起燃温度大大提高，但其也会使的镁合金铸态组织粗化，从而影响到镁合金的机械性能，本发明通过后续加入Mg-La中间合金对这一现象进行组织，并且Mg-La中间合金的加入对镁合金的耐腐蚀性也有显著提高。
另外，本发明通过控制镁合金熔液的压铸参数进一步提高了其力学性能，且本发明制备的镁合金其工作温度也很大的提高。
具体实施方式
实施例1
所述的镁合金制备方法步骤如下：
(1)材料的准备：将各原料按照配比准备好：7Al、0.5Zn、0.18～0.3％Mn、Si≤0.045％、Cu≤0.025％、Ni≤0.001％、Fe＜0.004％、0.05％La、0.15％Ce、1％Ca，余量为Mg，所述的Ce以Mg-30～50wt.％Ce中间合金准备；所述的La以Mg-30～60wt.％La中间合金准备；
(2)将除了稀土中间合金和Ca的其他原料熔化后升温至710℃，先向镁合金熔液中加入Mg-Ce中间合金，并保温10分钟；然后将合金熔液升温至780℃后再向其中加入Ca，保温3分钟后再向其中加入Mg-La中间合金，并保温5分钟；
所述的Mg-Ce中间合金、Mg-La中间合金和Ca预热温度为250℃；
(3)将上述制得的熔液降温至700℃，浇铸至温度为170℃的模具中，压射比压为80MPa，保压15s。
实施例2
所述的镁合金制备方法步骤如下：
(1)材料的准备：将各原料按照配比准备好：9％Al、7％Zn、0.18～0.3％Mn、Si≤0.045％、Cu≤0.025％、Ni≤0.001％、Fe＜0.004％、0.05％La、0.15％Ce、1％Ca，余量为Mg，所述的Ce以Mg-30～50wt.％Ce中间合金准备；所述的La以Mg-30～60wt.％La中间合金准备；
(2)将除了稀土中间合金和Ca的其他原料熔化后升温至690℃，先向镁合金熔液中加入Mg-Ce中间合金，并保温10分钟；然后将合金熔液升温至765℃后再向其中加入Ca，保温3分钟后再向其中加入Mg-La中间合金，并保温5分钟；
所述的Mg-Ce中间合金、Mg-La中间合金和Ca预热温度为200℃；
(3)将上述制得的熔液降温至680℃～700℃，浇铸至温度为160℃的模具中，压射比压为65MPa，保压15s。
实施例3
(1)材料的准备：将各原料按照配比准备好：8％Al、3.5％Zn、0.18～0.3％Mn、Si≤0.045％、Cu≤0.025％、Ni≤0.001％、Fe＜0.004％、0.05％La、0.15％Ce、1％Ca，余量为Mg，所述的Ce以Mg-30～50wt.％Ce中间合金准备；所述的La以Mg-30～60wt.％La中间合金准备；
(2)将除了稀土中间合金和Ca的其他原料熔化后升温至700℃，先向镁合金熔液中加入Mg-Ce中间合金，并保温10分钟；然后将合金熔液升温至770℃后再向其中加入Ca，保温3分钟后再向其中加入Mg-La中间合金，并保温5分钟；
所述的Mg-Ce中间合金、Mg-La中间合金和Ca预热温度为210℃；
(3)中首先将熔液降温至690℃，浇铸至温度为165℃的模具中，压射比压为75MPa，保压15s。
性能测试：
1、起燃温度
| 实施例 | 起燃温度/℃ |
| 1 | 770 |
| 2 | 790 |
| 3 | 785 |
2、力学性能测试：
根据GB/T228-2002实验标准，以各实施例制得的铸态镁合金为试样，在环境温度为20℃进行测试：
| 实施例 | 抗拉强度σb/MPa | σ0.2/MPa | 伸长率/％ |
| 1 | 237.45 | 170.16 | 5 |
| 2 | 236.71 | 162.31 | 4.5 |
| 3 | 251.79 | 182.35 | 5.5 |
3、抗腐蚀能力
将各实施例样品按ASTMB117标准进行盐雾试验，其腐蚀速率如下表：
| 实施例 | 腐蚀速率mg/(cm2·d) |
| 1 | 0.08 |
| 2 | 0.07 |
| 3 | 0.05 |
从以上各测试结果可以看出，本发明方法制备的镁合金其起燃温度得到了很大的提高，力学性能较其他加了稀土和Ca的镁合金好很多，同时抗腐蚀能力也得到了提升。
另外，应用过程中本发明方法制得的镁合金部件使用温度均超过了150℃。
Claims (4)
1.一种镁合金的制备方法，其特征在于：
所述的镁合金组分及其质量百分比为7～9％Al、0.5～7％Zn、0.18～0.3％Mn、Si≤0.045％、Cu≤0.025％、Ni≤0.001％、Fe＜0.004％、0.05％La、0.15％Ce、1％Ca，余量为Mg；
所述的镁合金制备方法步骤如下，
(1)材料的准备
将各原料按照配比准备好，所述的Ce以Mg-30～50wt.％Ce中间合金准备；所述的La以Mg-30～60wt.％La中间合金准备；
(2)将除了稀土中间合金和Ca的其他原料熔化后升温至690℃～710℃，先向镁合金熔液中加入Mg-Ce中间合金，并保温10分钟；然后将合金熔液升温至765℃～780℃后再向其中加入Ca，保温3分钟后再向其中加入Mg-La中间合金，并保温5分钟；
所述的Mg-Ce中间合金、Mg-La中间合金和Ca预热温度为200～250℃；
(3)将上述制得的熔液降温至680℃～700℃，浇铸至温度为160～170℃的模具中，压射比压为65～80MPa，保压15s。
2.根据权利要求1所述的镁合金制备方法，其特征在于：所述的Mg-30～50wt.％Ce中间合金中Ce质量占镁合金质量的0.15％；所述的Mg-30～60wt.％La中间合金中La质量占镁合金质量的0.05％；所述的Ca占镁合金质量的1％。
3.根据权利要求1所述的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的Mg-Ce中间合金、Mg-La中间合金和Ca预热温度为220℃。
4.根据权利要求1所述的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中首先将熔液降温至690℃，浇铸至温度为165℃的模具中，压射比压为75MPa，保压15s。
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