CN105112750A - 一种增强型镁基合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强型镁基合金材料及其制备方法。该增强型镁基合金材料，由以下重量份的原料制成：镁粉50~70份、稀土3~12份、氧化锆粉末7~20份、硅粉5~12份、锌粉5~16份、磷酸钙粉末2~8份、金刚石纤维2~15份、二氧化钼粉末1~13份和锡粉1~10份。本发明还公开了一种上述增强型镁基合金材料的制备方法。本发明所制备的镁合金材料改善了传统镁合金材料强度不高的问题，在室温下测试，本发明所制备的镁合金材料的抗拉强度、屈服强度和平均伸长率均显著高于普通镁合金材料，如此可扩大所制备的镁合金材料的应用领域。

Description

一种增强型镁基合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别涉及一种增强型镁基合金材料及其制备方法。

背景技术

镁合金是继钢材和铝材之后的第三大工程材料，由于其具有强度高、加工性优良、电磁屏蔽性能优异以及可回收利用等优点，广泛应用于汽车、工业制造、航空等领域。然而，镁合金也有其不足之处：例如化学性质活泼、易燃、强度不高、不耐热、易腐蚀等等。更为甚的，镁合金的强度不足在很大程度上限制了其应用，普通镁合金的抗拉强度为200~300Mpa，拉伸屈服强度为100~250Mpa，平均伸长率为2%~8%，因此提升镁合金强度的研发与应用成了研究热点。

发明内容

要解决的技术问题是：为了解决镁合金材料的强度不高的问题，提供一种增强型镁基合金材料及其制备方法。

技术方案：为了解决上述问题，本发明提供了一种增强型镁基合金材料，由以下重量份的原料制成：镁粉50~70份、稀土3~12份、氧化锆粉末7~20份、硅粉5~12份、锌粉5~16份、磷酸钙粉末2~8份、金刚石纤维2~15份、二氧化钼粉末1~13份和锡粉1~10份。

优选的，所述的一种增强型镁基合金材料，由以下重量份的原料制成：镁粉60份、稀土8份、氧化锆粉末15份、硅粉9份、锌粉12份、磷酸钙粉末6份、金刚石纤维8份、二氧化钼粉末5份和锡粉9份。

优选的，所述的一种增强型镁基合金材料，由以下重量份的原料制成：镁粉56份、稀土6份、氧化锆粉末12份、硅粉10份、锌粉8份、磷酸钙粉末7份、金刚石纤维10份、二氧化钼粉末3份和锡粉4份。

优选的，所述金刚石纤维的长度小于30um。

优选的，所述磷酸钙粉末的粒径小于20um。

优选的，所述稀土为包含钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物，所述稀土中的各稀土元素氧化物的总含量占55%~70%，其中钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物的摩尔比分别为1：2.5：2：1.2。

一种上述所述的增强型镁基合金材料的制备方法，包括以下步骤：

先按上组分份数称取原料；再将原料中的磷酸钙粉末、稀土、镁粉、锌粉、锡粉、氧化锆粉末和硅粉依次置于熔炼炉中熔炼，在保护气氛中，升温速度为150°/h，升温至650°后，依次加入剩余原料中的金刚石纤维和二氧化钼粉末，继续熔炼2h，之后再降温至350°，开始浇铸，待浇铸件冷却至200°后，以0.8~1.5m/min的速度压铸，当压铸变形量达到20%后，于80°/h的速度升温至450°并保温3~6h，然后再于260°进行时效处理2~5h，自然冷却至室温后即可。

本发明具有以下有益效果：本发明所制备的镁合金材料改善了传统镁合金材料强度不高的问题，在室温下测试，本发明所制备的镁合金材料的抗拉强度为458~542MPa，屈服强度为409~490Mpa，平均伸长率为11.5~14.0%，显著高于普通镁合金材料，如此可扩大所制备的镁合金材料的应用领域。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

一种增强型镁基合金材料，由以下重量份的原料制成：镁粉50份、稀土3份、氧化锆粉末7份、硅粉5份、锌粉5份、磷酸钙粉末2份、金刚石纤维2份、二氧化钼粉末1份和锡粉1份。

其中，所述金刚石纤维的长度小于30um。所述磷酸钙粉末的粒径小于20um。所述稀土为包含钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物，所述稀土中的各稀土元素氧化物的总含量占70%，其中钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物的摩尔比分别为1：2.5：2：1.2。

上述所述的一种增强型镁基合金材料的制备方法，包括以下步骤：

先按上组分份数称取原料；再将原料中的磷酸钙粉末、稀土、镁粉、锌粉、锡粉、氧化锆粉末和硅粉依次置于熔炼炉中熔炼，在保护气氛中，升温速度为150°/h，升温至650°后，依次加入剩余原料中的金刚石纤维和二氧化钼粉末，继续熔炼2h，之后再降温至350°，开始浇铸，待浇铸件冷却至200°后，以0.8m/min的速度压铸，当压铸变形量达到20%后，于80°/h的速度升温至450°并保温3h，然后再于260°进行时效处理2h，自然冷却至室温后即可。

实施例2

一种增强型镁基合金材料，由以下重量份的原料制成：镁粉70份、稀土12份、氧化锆粉末20份、硅粉12份、锌粉16份、磷酸钙粉末8份、金刚石纤维15份、二氧化钼粉末13份和锡粉10份。

其中，所述金刚石纤维的长度小于30um。所述磷酸钙粉末的粒径小于20um。所述稀土为包含钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物，所述稀土中的各稀土元素氧化物的总含量占55%，其中钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物的摩尔比分别为1：2.5：2：1.2。

上述所述的一种增强型镁基合金材料的制备方法，包括以下步骤：

先按上组分份数称取原料；再将原料中的磷酸钙粉末、稀土、镁粉、锌粉、锡粉、氧化锆粉末和硅粉依次置于熔炼炉中熔炼，在保护气氛中，升温速度为150°/h，升温至650°后，依次加入剩余原料中的金刚石纤维和二氧化钼粉末，继续熔炼2h，之后再降温至350°，开始浇铸，待浇铸件冷却至200°后，以1.5m/min的速度压铸，当压铸变形量达到20%后，于80°/h的速度升温至450°并保温6h，然后再于260°进行时效处理5h，自然冷却至室温后即可。

实施例3

一种增强型镁基合金材料，由以下重量份的原料制成：镁粉60份、稀土7份、氧化锆粉末14份、硅粉13份、锌粉10份、磷酸钙粉末5份、金刚石纤维8份、二氧化钼粉末7份和锡粉5份。

其中，所述金刚石纤维的长度小于30um。所述磷酸钙粉末的粒径小于20um。所述稀土为包含钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物，所述稀土中的各稀土元素氧化物的总含量占62%，其中钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物的摩尔比分别为1：2.5：2：1.2。

上述所述的一种增强型镁基合金材料的制备方法，包括以下步骤：

先按上组分份数称取原料；再将原料中的磷酸钙粉末、稀土、镁粉、锌粉、锡粉、氧化锆粉末和硅粉依次置于熔炼炉中熔炼，在保护气氛中，升温速度为150°/h，升温至650°后，依次加入剩余原料中的金刚石纤维和二氧化钼粉末，继续熔炼2h，之后再降温至350°，开始浇铸，待浇铸件冷却至200°后，以1.2m/min的速度压铸，当压铸变形量达到20%后，于80°/h的速度升温至450°并保温4h，然后再于260°进行时效处理3h，自然冷却至室温后即可。

实施例4

一种增强型镁基合金材料，由以下重量份的原料制成：镁粉60份、稀土8份、氧化锆粉末15份、硅粉9份、锌粉12份、磷酸钙粉末6份、金刚石纤维8份、二氧化钼粉末5份和锡粉9份。

其中，所述金刚石纤维的长度小于30um。所述磷酸钙粉末的粒径小于20um。所述稀土为包含钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物，所述稀土中的各稀土元素氧化物的总含量占60%，其中钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物的摩尔比分别为1：2.5：2：1.2。

上述所述的一种增强型镁基合金材料的制备方法，包括以下步骤：

先按上组分份数称取原料；再将原料中的磷酸钙粉末、稀土、镁粉、锌粉、锡粉、氧化锆粉末和硅粉依次置于熔炼炉中熔炼，在保护气氛中，升温速度为150°/h，升温至650°后，依次加入剩余原料中的金刚石纤维和二氧化钼粉末，继续熔炼2h，之后再降温至350°，开始浇铸，待浇铸件冷却至200°后，以1.2m/min的速度压铸，当压铸变形量达到20%后，于80°/h的速度升温至450°并保温5h，然后再于260°进行时效处理4h，自然冷却至室温后即可。

实施例5

一种增强型镁基合金材料，由以下重量份的原料制成：镁粉56份、稀土6份、氧化锆粉末12份、硅粉10份、锌粉8份、磷酸钙粉末7份、金刚石纤维10份、二氧化钼粉末3份和锡粉4份。

其中，所述金刚石纤维的长度小于30um。所述磷酸钙粉末的粒径小于20um。所述稀土为包含钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物，所述稀土中的各稀土元素氧化物的总含量占65%，其中钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物的摩尔比分别为1：2.5：2：1.2。

上述所述的一种增强型镁基合金材料的制备方法，包括以下步骤：

先按上组分份数称取原料；再将原料中的磷酸钙粉末、稀土、镁粉、锌粉、锡粉、氧化锆粉末和硅粉依次置于熔炼炉中熔炼，在保护气氛中，升温速度为150°/h，升温至650°后，依次加入剩余原料中的金刚石纤维和二氧化钼粉末，继续熔炼2h，之后再降温至350°，开始浇铸，待浇铸件冷却至200°后，以1.4m/min的速度压铸，当压铸变形量达到20%后，于80°/h的速度升温至450°并保温4h，然后再于260°进行时效处理5h，自然冷却至室温后即可。

对比例1

本实施例中，在实施例4的基础上，省去原料中的氧化锆粉末、磷酸钙粉末和金刚石纤维，其他内容和制备步骤不变。

下表为上述各实施例和对比例所制备的材料在室温条件下的力学性能测试的结果：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例1	镁合金（普通）
								抗拉强度（Mpa）	458	513	486	542	539	380	230
屈服强度（Mpa）	409	461	425	490	487	326	180
								平均伸长率（%）	11.5	13.3	12.4	14.0	13.8	9.2	6.4

通过上表可知，相比于普通镁合金，实施例1至5中所制备的镁合金材料的抗拉强度、屈服强度和平均伸长率均明显提高，其中实施例4和实施例5的原料组分及反应条件下制备的镁合金材料的相关力学性能最高。对比例1中，删掉了氧化锆粉末、磷酸钙粉末和金刚石纤维后，相关的各力学性能均有所下降，说明这些成分在力学性能的提升上起重要作用。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但这些只是对本发明设计思路的简单描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种增强型镁基合金材料，其特征在于：由以下重量份的原料制成：镁粉50~70份、稀土3~12份、氧化锆粉末7~20份、硅粉5~12份、锌粉5~16份、磷酸钙粉末2~8份、金刚石纤维2~15份、二氧化钼粉末1~13份和锡粉1~10份。

2.根据权利要求1所述的一种增强型镁基合金材料，其特征在于：由以下重量份的原料制成：镁粉60份、稀土8份、氧化锆粉末15份、硅粉9份、锌粉12份、磷酸钙粉末6份、金刚石纤维8份、二氧化钼粉末5份和锡粉9份。

3.根据权利要求1所述的一种增强型镁基合金材料，其特征在于：由以下重量份的原料制成：镁粉56份、稀土6份、氧化锆粉末12份、硅粉10份、锌粉8份、磷酸钙粉末7份、金刚石纤维10份、二氧化钼粉末3份和锡粉4份。

4.根据权利要求1所述的一种增强型镁基合金材料，其特征在于：所述镁粉、所述氧化锆粉末、所述锌粉、所述二氧化钼粉末和所述锡粉的粒径均为100~200目，所述硅粉的粒径为60~110目。

5.根据权利要求1所述的一种增强型镁基合金材料，其特征在于：所述金刚石纤维的长度小于30um。

6.根据权利要求1所述的一种增强型镁基合金材料，其特征在于：所述磷酸钙粉末的粒径小于20um。

7.根据权利要求1所述的一种增强型镁基合金材料料，其特征在于：所述稀土为包含钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物，所述稀土中的各稀土元素氧化物的总含量占55%~70%，其中钕氧化物、镧氧化物、铈氧化物和钪氧化物的摩尔比分别为1：2.5：2：1.2。

8.一种由权利要求1~7任一所述的一种增强型镁基合金材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

先按上组分份数称取原料；再将原料中的磷酸钙粉末、稀土、镁粉、锌粉、锡粉、氧化锆粉末和硅粉依次置于熔炼炉中熔炼，在保护气氛中，升温速度为150°/h，升温至650°后，依次加入剩余原料中的金刚石纤维和二氧化钼粉末，继续熔炼2h，之后再降温至350°，开始浇铸，待浇铸件冷却至200°后，以0.8~1.5m/min的速度压铸，当压铸变形量达到20%后，于80°/h的速度升温至450°并保温3~6h，然后再于260°进行时效处理2~5h，自然冷却至室温后即可。