CN105256190A - 一种多掺杂中间合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多掺杂中间合金材料及其制备方法。本发明的多掺杂中间合金材料由如下重量百分比的组分组成：镁25-30％，碳化硅15-20％，铝43.5-56％，磷4-6.5％，稀土0.05-0.15％。其制备方法包括搅拌、压制、烘干、真空熔炼、自然冷却等步骤。本发明提供的多掺杂中间合金材料，适于添加至各种领域用的镁合金材料，能有效的提高最终镁合金材料的强度；使其由原来的强度200-300MPa提高至350-410MPa。

Description

一种多掺杂中间合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种多掺杂中间合金材料及其制备方法，特别是涉及一种用于有效提高镁合金材料强度的一种多掺杂中间合金材料及其制备方法。

背景技术

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度低、比性能好、减震性能好、导电导热性能良好、工艺性能良好，因此是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料。但是由于它易于氧化燃烧、耐热性差、耐蚀性能差，在潮湿空气中容易氧化和腐蚀，因此零件使用前，表面需要经过化学处理或涂漆；而且镁的重量比铝轻，比重为1.8，强度也较低，只有200-300MPa，主要用于制造低承力的零件。因此，只有进一步改进镁合金的强度性能，才能更大范围的在不同工业领域利用镁合金材料的优势。

综上，目前需要一种成本较低，适用于添加到各领域的镁合金材料中，以进一步提高镁合金材料强度的新型中间合金材料。

发明内容

本发明的目的在于，通过改进中间合金成分及各成分间质量配比，提供一种有效提高镁合金材料强度的多掺杂中间合金材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：

一种多掺杂中间合金材料，由如下重量百分比的组分组成：镁25-30％，碳化硅15-20％，铝43.5-56％，磷4-6.5％，稀土材料0.05-0.15％。

优选地，本发明的多掺杂中间合金材料，由如下重量百分比的组分组成：镁25％，碳化硅15％，铝55.95％，磷4％，稀土材料0.05％。

优选地，本发明的多掺杂中间合金材料，由如下重量百分比的组分组成：镁29.9％，碳化硅18％，铝46％，磷6％，稀土材料0.1％。

优选地，本发明的多掺杂中间合金材料，由如下重量百分比的组分组成：镁28.35％，碳化硅15％，铝50％，磷6.5％，稀土材料0.15％。

进一步地，所述镁为150-250目的镁粉。

进一步地，所述碳化硅为粒径为30-50μm的碳化硅颗粒。

进一步地，所述铝为150-250目的铝粉。

进一步地，所述磷为150-250目的赤磷粉。

进一步地，所述稀土材料包括如下重量百分比的组分：镧10-15％，铈10-15％。

本发明提供一种多掺杂中间合金材料的制备方法，具有以下步骤：

1)在常规条件下按照上述的重量百分比准备镁粉、赤磷粉、铝粉、稀土材料及碳化硅颗粒；

2)在17-28℃条件下将上述的重量比例适中的五种粉末混合搅拌，搅拌时加入占总体积百分比为10-15％的无水乙醇，搅拌时间为4-7分钟；

3)将搅拌均匀的粉末置入1公斤容量的模具中，压制成小块并烘干；压制时温度在22-26℃，压力为45-50KN；

4)将制作完成的小块放置在真空加热炉中，并充入99.999％纯度惰性气体氩，使加热炉处于真空状态下，压力应保持在5.0×10^-3Pa以下；将加热炉升温至400-500℃，保温4-5小时；

5)将加热完成之后的合金锭随加热炉自然冷却，并包装入库。

采用上述技术方案，本发明的有益效果有：

1.本发明提供的多掺杂中间合金材料包含镁合金强化元素，其中硅元素能够和镁元素形成强化相Mg₂Si，提高晶界强度，还能进一步与合金中的其他合金元素形成稳定的硅化物，改善合金的蠕变性能，从而提高镁合金的强度；铝元素也能够通过固溶强化起到提高镁合金强度的作用。稀土元素在镁中有较大固溶度，具有良好的固溶强化、沉淀强化作用，可以有效地改善合金组织和微观结构、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性和耐热性等。将这些元素以通过中间合金的形式添加到传统镁合金中，解决了烧损、高熔点合金不易熔入等问题，在节约成本的同时提高了镁合金材料的强度。

2.本发明提供的多掺杂中间合金材料，适于添加至各种领域用的镁合金材料，能有效的提高最终镁合金材料的强度；使其由原来的强度200-300MPa提高至350-410MPa。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明提供的多掺杂中间合金材料及其制备方法作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。

实施例1

本发明实施例1的多掺杂中间合金材料的各组分的重量百分比为：镁25％，碳化硅15％，铝55.95％，磷4％，稀土材料0.05％。

本发明实施例1的多掺杂中间合金材料的制备方法，包括下述步骤：

1)在常规条件下按照上述的重量百分比准备镁粉、赤磷粉、铝粉、稀土材料及碳化硅颗粒；

2)在17℃条件下将上述的重量比例适中的五种粉末混合搅拌，搅拌时加入占总体积百分比为10％的无水乙醇，搅拌时间为4分钟；

3)将搅拌均匀的粉末置入1公斤容量的模具中，压制成小块并烘干；压制时温度在22℃，压力为45KN；

4)将制作完成的小块放置在真空加热炉中，并充入99.999％纯度惰性气体氩，使加热炉处于真空状态下，压力应保持在5.0×10^-3Pa以下；将加热炉升温至400℃，保温4小时；

5)将加热完成之后的合金锭随加热炉自然冷却，并包装入库。

实施例2

本发明实施例2的多掺杂中间合金材料的各组分的重量百分比为：镁29.9％，碳化硅18％，铝46％，磷6％，稀土材料0.1％。

本发明实施例2的多掺杂中间合金材料的制备方法，包括下述步骤：

1)在常规条件下按照上述的重量百分比准备镁粉、赤磷粉、铝粉、稀土材料及碳化硅颗粒；

2)在22℃条件下将上述的重量比例适中的五种粉末混合搅拌，搅拌时加入占总体积百分比为12％的无水乙醇，搅拌时间为6分钟；

3)将搅拌均匀的粉末置入1公斤容量的模具中，压制成小块并烘干；压制时温度在25℃，压力为47KN；

4)将制作完成的小块放置在真空加热炉中，并充入99.999％纯度惰性气体氩，使加热炉处于真空状态下，压力应保持在5.0×10^-3Pa以下；将加热炉升温至450℃，保温4.5小时；

5)将加热完成之后的合金锭随加热炉自然冷却，并包装入库。

实施例3

本发明实施例3的多掺杂中间合金材料的各组分的重量百分比为：镁28.35％，碳化硅15％，铝50％，磷6.5％，稀土材料0.15％。

本发明实施例3的多掺杂中间合金材料的制备方法，包括下述步骤：

1)在常规条件下按照上述的重量百分比准备镁粉、赤磷粉、铝粉、稀土材料及碳化硅颗粒；

2)在28℃条件下将上述的重量比例适中的五种粉末混合搅拌，搅拌时加入占总体积百分比为15％的无水乙醇，搅拌时间为7分钟；

3)将搅拌均匀的粉末置入1公斤容量的模具中，压制成小块并烘干；压制时温度在26℃，压力为50KN；

4)将制作完成的小块放置在真空加热炉中，并充入99.999％纯度惰性气体氩，使加热炉处于真空状态下，压力应保持在5.0×10^-3Pa以下；将加热炉升温至500℃，保温5小时；

5)将加热完成之后的合金锭随加热炉自然冷却，并包装入库。

实施例4

本发明实施例4的多掺杂中间合金材料的各组分的重量百分比为：镁27％，碳化硅16％，铝51.38％，磷5.5％，稀土材料0.12％。

本发明实施例4的多掺杂中间合金材料的制备方法，包括下述步骤：

1)在常规条件下按照上述的重量百分比准备镁粉、赤磷粉、铝粉、稀土材料及碳化硅颗粒；

2)在25℃条件下将上述的重量比例适中的五种粉末混合搅拌，搅拌时占总体积百分比为13％的无水乙醇，搅拌时间为5分钟；

3)将搅拌均匀的粉末置入1公斤容量的模具中，压制成小块并烘干；压制时温度在23℃，压力为46KN；

4)将制作完成的小块放置在真空加热炉中，并充入99.999％纯度惰性气体氩，使加热炉处于真空状态下，压力应保持在5.0×10^-3Pa以下；将加热炉升温至460℃，保温5小时；

5)将加热完成之后的合金锭随加热炉自然冷却，并包装入库。

将上述实施例制备的多掺杂中间合金材料分别添加到传统镁合金中，得到新型高强度镁合金，其抗拉强度如下表所示：

表1

组别	抗拉强度(Mpa)
		传统镁合金(AZ91D)	250
添加实施例1	410
		添加实施例2	350
添加实施例3	398
		添加实施例4	403

根据上述表1的数据可以看出，添加多掺杂中间合金材料后，镁合金的抗拉强度得到了显著的提高。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多掺杂中间合金材料，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：镁25-30％，碳化硅15-20％，铝43.5-56％，磷4-6.5％，稀土材料0.05-0.15％。

2.根据权利要求1所述的多掺杂中间合金材料，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：镁25％，碳化硅15％，铝55.95％，磷4％，稀土材料0.05％。

3.根据权利要求1所述的多掺杂中间合金材料，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：镁29.9％，碳化硅18％，铝46％，磷6％，稀土材料0.1％。

4.根据权利要求1所述的多掺杂中间合金材料，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：镁28.35％，碳化硅15％，铝50％，磷6.5％，稀土材料0.15％。

5.根据权利要求1-4中任一项的多掺杂中间合金材料，其特征在于，所述镁为150-250目的镁粉。

6.根据权利要求1-4中任一项的多掺杂中间合金材料，其特征在于，所述碳化硅为粒径为30-50μm的碳化硅颗粒。

7.根据权利要求1-4中任一项的多掺杂中间合金材料，其特征在于，所述铝为150-250目的铝粉。

8.根据权利要求1-4中任一项的多掺杂中间合金材料，其特征在于，所述磷为150-250目的赤磷粉。

9.根据权利要求1-4中任一项的多掺杂中间合金材料，其特征在于，所述稀土材料包括如下重量百分比的组分：镧10-15％，铈10-15％。

10.一种多掺杂中间合金材料的制备方法，其特征在于，具有以下步骤：

1)在常规条件下按照权利要求1所述的重量百分比准备镁粉、赤磷粉、铝粉、稀土材料及碳化硅颗粒；

2)在17-28℃条件下将上述的重量比例适中的五种粉末混合搅拌，搅拌时加入占总体积百分比为10-15％的无水乙醇，搅拌时间为4-7分钟；

3)将搅拌均匀的粉末置入1公斤容量的模具中，压制成小块并烘干；压制时温度在22-26℃，压力为45-50KN；

4)将制作完成的小块放置在真空加热炉中，并充入99.999％纯度惰性气体氩，使加热炉处于真空状态下，压力应保持在5.0×10^-3Pa以下；将加热炉升温至400-500℃，保温4-5小时；

5)将加热完成之后的合金锭随加热炉自然冷却，并包装入库。