CN104233032B - 一种Mg‑Cd系增强型的镁基合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种Mg‑Cd系增强型的镁基合金,按重量百分比含有如下组分:Cd 6‑7%,Bi 1.5‑2%,Ba 0.8‑0.9%,Ca 0.7‑0.8%,Zn 2.5‑3%,Al 2‑3%,Sr 0.8‑1%、Pr 0.35‑0.4%,Nd 0.4‑0.5%,Y0.4‑0.5%,Yb 0.1‑0.2%,Zr 0.5‑0.6%,Sn 1‑1.2%,Mn 1.3‑1.4%,Cu 0.4‑0.5%,Ti 0.3‑0.35%,Nb 1.5‑1.6%,Hf0.1‑0.2%,纳米碳化钨2‑3%石墨烯5‑6%,氮化硅晶须4‑6%,余量为Mg。该合金的抗拉性能、屈服性能以及韧性得到大幅度提高。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料领域,尤其是一种Mg-Cd系增强型的镁基合金及其制备方法。
背景技术
镁合金是以镁为原料的高性能轻型结构材料,比重与塑料相近,刚度、强度不亚于铝,具有较强的抗震、防电磁、导热、导电等优异性能,并且可以全回收无污染,在机械、电子航天航空灯领域被广泛应用。但是镁合金拉伸倾点和屈服强度低,抗蠕变性能差,限制了其应用。镁合金的应用不如铝合金广泛,而我国的镁储量世界第一,铝土矿资源却非常贫乏,仅能供应中国生产10年,因此提高镁合金性能、发展镁合金产业符合中国的资源战略。
专利CN101003083A涉及一种使Mg-Al-Zn基铸造镁合金获得高强度高韧性的方法,该方法改进了镁基合金的锻造步骤,改变了合金的微观结构,提高了镁基合金的性能,但是该合金仍难满足更高场合对镁基合金的要求。
专利CN 101495660A涉及一种高强度镁基合金及其制备方法,该合金中加入了Zr、Ti、Hf等元素,改变了提高了合金的性能,该合金的性能仍需进一步提高。
专利CN101603137A涉及一种高强韧性镁合金,该合金中加入了Nd,Zr等元素,提高了镁基合金的强度和韧性,但是该合金拉伸性能不高。
从现有技术和国家资源战略的角度来看,急需提高镁合金的各项性能,拓宽其应用领域,尤其是对镁基合金要求较高的领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Mg-Cd系增强型的镁基合金及其制备方法。
为了达到此目的,本发明采用以下技术方案:
一种Mg-Cd系增强型的镁基合金,其特征在于,按重量百分比含量含有:Cd 6-7%,Bi1.5-2%,Ba 0.8-0.9%,Ca 0.7-0.8%,Zn 2.5-3%,Al 2-3%,Sr 0.8-1%、Pr 0.35-0.4%,Nd 0.4-0.5%,Y 0.4-0.5%,Yb 0.1-0.2%,Zr 0.5-0.6%,Sn 1-1.2%,Mn 1.3-1.4%,Cu 0.4-0.5%,Ti 0.3-0.35%,Nb 1.5-1.6%,Hf 0.1-0.2%,纳米碳化钨2-3%石墨烯5-6%,氮化硅晶须4-6%,余下组分为Mg。
上述Mg-Cd系增强型的镁基合金优选的组成为:
按重量百分比含量含有:Cd 6.5%,Bi 1.8%,Ba 0.85%,Ca 0.75%,Zn 2.7%,Al 2.5%,Sr 0.9%、Pr 0.38%,Nd 0.45%,Y 0.45%,Yb 0.15%,Zr 0.55%,Sn 1.1%,Mn 1.35%,Cu0.45%,Ti 0.32%,Nb 1.55%,Hf0.15%,纳米碳化钨2.5%石墨烯5.5%,氮化硅晶须4.5%, 余下组分为Mg。
本发明镁基合金的制备方法如下:
(1)按照本发明所述的比例取各组分原料-纯Mg锭、纯Cd锭、纯Zn锭、纯Al锭、其他合金元素,以及纳米碳化钨、氮化硅晶须和石墨烯颗粒;
(2)将纯Mg锭在惰性气体保护下进行熔化,然后加入纯Cd锭、纯Zn锭、纯Al锭以及其他合金元素充分熔化;再加入预热后的纳米碳化钨、氮化硅晶须和石墨烯颗粒,机械搅拌20-30min,使其混合均匀,随后在500-900W的超声功率下进行超声处理,然后进一步熔炼,熔炼的同时继续进行搅拌,熔炼完成后充分静置;
(3)精炼:继续升高温度至750℃以上,进行精炼,精炼完成后保温静置;
(4)将步骤(3)获得的合金溶液浇铸已经预热的模具中冷却。
其中步骤(2)中超声处理的时间为30min-2h。
本发明具有以下优点:
纳米碳化钨以及氮化硅晶须的加入,提高了Mg-Cd系镁基合金的强度以及拉伸性能。
石墨烯的加入改变了镁基合金的含碳量,提高了其力学性能。
四种稀土元素Pr、Nd、Y、Yb同时加入,改变了合金的微观组织结构,提高了镁基合金的耐热性能,并且提高了其铸造性能。
Mn、Cu、Ti以及Nb的加入,优化了合金的组成,提高了其性能。
Bi、Sn以及Hf等元素的加入,进一步提高了合金的力学性能。优选,所述继续升高温度至800、900、1000、1100、1200℃。
具体实施方式
实施例1:
制备的Mg-Cd系增强型的镁基合金的成分及其重量比为:Cd 6%,Bi 1.5%,Ba0.8%,Ca 0.7%,Zn 2.5%,Al 2%,Sr 0.8%、Pr 0.35%,Nd 0.4%,Y 0.4%,Yb 0.1%,Zr 0.5%,Sn 1%,Mn 1.3%,Cu 0.4%,Ti 0.3%,Nb 1.5%,Hf0.1%,纳米碳化钨2%石墨烯5%,氮化硅晶须4%,余下组分为Mg。
所述Mg-Cd系增强型的镁基合金的制备方法如下:
(1)按照特定的比例取各组分原料-纯Mg锭、纯Cd锭、纯Zn锭、纯Al锭、其他合金元素,以及纳米碳化钨、氮化硅晶须和石墨烯颗粒;
(2)将纯Mg锭在惰性气体氮气的保护下进行熔化,然后加入纯Cd锭、纯Zn锭、纯Al锭以及其他合金元素充分熔化;再加入预热后的纳米碳化钨、氮化硅晶须和石墨烯颗粒,机械搅拌20-30min,使其混合均匀,随后在500-900W的超声功率下进行超声处理,超声处理的时间优选为30min-2h,随后进一步熔炼,熔炼的同时继续进行搅拌,熔炼完成后充分静置;
(3)精炼:继续升高温度至750℃以上,进行精炼,精炼完成后保温静置;
(4)将步骤(3)获得的合金溶液浇铸已经预热的模具中冷却。
在室温下对上述合金进行性能测定,结果显示该合金的综合力学性能较现有技术有很大改善,其中断裂韧性为10.7MPa·m1/2,抗拉强度是501MPa,屈服强度为415MPa。
实施例2:
制备如下组分和重量比的Mg-Cd系增强型的镁基合金:Cd 7%,Bi 2%,Ba 0.9%,Ca0.8%,Zn 3%,Al 3%,Sr 1%、Pr 0.4%,Nd 0.5%,Y 0.5%,Yb 0.2%,Zr 0.6%,Sn1.2%,Mn 1.4%,Cu 0.5%,Ti 0.35%,Nb 1.6%,Hf 0.2%,纳米碳化钨3%石墨烯6%,氮化硅晶须6%,余下组分为Mg。
所述镁基合金的制备方法如下:
(1)按照特定的比例取各组分原料-纯Mg锭、纯Cd锭、纯Zn锭、纯Al锭、其他合金元素,以及纳米碳化钨、氮化硅晶须和石墨烯颗粒;
(2)将纯Mg锭在惰性气体氮气的保护下进行熔化,然后加入纯Cd锭、纯Zn锭、纯Al锭以及其他合金元素充分熔化;再加入预热后的纳米碳化钨、氮化硅晶须和石墨烯颗粒,机械搅拌20-30min,使其混合均匀,随后在500-900W的超声功率下进行超声处理,超声处理的时间优选为30min-2h,随后进一步熔炼,熔炼的同时继续进行搅拌,熔炼完成后充分静置;
(3)精炼:继续升高温度至750℃以上,进行精炼,精炼完成后保温静置;
(4)将步骤(3)获得的合金溶液浇铸已经预热的模具中冷却。
在室温下对上述合金进行性能测定,结果显示该合金的综合力学性能较现有技术有很大改善,其中断裂韧性为12.9MPa·m1/2,抗拉强度是523MPa,屈服强度为430MPa。
实施例3:
通过多因素和单因素试验对Mg-Cd系增强型的镁基合金的各组分的比例进行优化,选择力学性能最优的合金组分。具体地,本发明优选的效果最佳的镁基合金,按重量百分比含有如下组分:Cd 6.5%,Bi 1.8%,Ba 0.85%,Ca 0.75%,Zn 2.7%,Al 2.5%,Sr0.9%、Pr 0.38%,Nd 0.45%,Y 0.45%,Yb 0.15%,Zr 0.55%,Sn 1.1%,Mn 1.35%,Cu0.45%,Ti 0.32%,Nb 1.55%,Hf0.15%,纳米碳化钨2.5%石墨烯5.5%,氮化硅晶须4.5%,余下组分为Mg。
所述镁基合金的制备方法如下:
(1)按照上述比例取各组分原料-纯Mg锭、纯Cd锭、纯Zn锭、纯Al锭、其他合金元素,以及纳米碳化钨、氮化硅晶须和石墨烯颗粒;
(2)将纯Mg锭在惰性气体氮气的保护下进行熔化,然后加入纯Cd锭、纯Zn锭、纯Al锭以及其他合金元素充分熔化;再加入预热后的纳米碳化钨、氮化硅晶须和石墨烯颗粒,机械搅拌20-30min,使其混合均匀,随后在500-900W的超声功率下进行超声处理,超声处理的时间优选为30min-2h,随后进一步熔炼,熔炼的同时继续进行搅拌,熔炼完成后充分静置;
(3)精炼:继续升高温度至750℃以上,进行精炼,精炼完成后保温静置;
(4)将步骤(3)获得的合金溶液浇铸已经预热的模具中冷却。
在室温下对上述合金进行性能测定,结果显示该合金的综合力学性能最佳,其中断裂韧性为14.8MPa·m1/2,抗拉强度是550MPa,屈服强度为446MPa。
表1:实施例1-3合金的力学性能
表1的数据表明,本申请所制备的合金具有优良的抗拉强度、屈服强度以及断裂韧性,为拓展镁基合金的应用提供了强大的技术支持。
Claims (2)
1.一种Mg-Cd系增强型的镁基合金,其特征在于,按重量百分比含有如下组分:Cd 6-7%,Bi 1.5-2%,Ba 0.8-0.9%,Ca 0.7-0.8%,Zn 2.5-3%,Al 2-3%,Sr 0.8-1%、Pr0.35-0.4%,Nd0.4-0.5%,Y 0.4-0.5%,Yb 0.1-0.2%,Zr 0.5-0.6%,Sn 1-1.2%,Mn1.3-1.4%,Cu 0.4-0.5%,Ti 0.3-0.35%,Nb 1.5-1.6%,Hf 0.1-0.2%,纳米碳化钨2-3%,石墨烯5-6%,氮化硅晶须4-6%,余下组分为Mg。
2.如权利要求1所述的镁基合金,其特征在于,按重量百分比含有:Cd 6.5%,Bi1.8%,Ba 0.85%,Ca 0.75%,Zn 2.7%,Al 2.5%,Sr 0.9%、Pr 0.38%,Nd 0.45%,Y0.45%,Yb0.15%,Zr 0.55%,Sn 1.1%,Mn 1.35%,Cu 0.45%,Ti 0.32%,Nb 1.55%,Hf0.15%,纳米碳化钨2.5%,石墨烯5.5%,氮化硅晶须4.5%,余下组分为Mg。
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