CN105950931B - 与水发生可控反应的高强高硬镁合金及其构件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料技术领域，公开了一种与水发生可控反应的高强高硬镁合金及其构件的制造方法；所述镁合金各组分及其重量百分比含量为：Gd9.0~15.0%，Y3.0~5.0%，Cu0.4~1.4%，Zn0.4~1.2%，Si、Fe、Ni、Ga、In混合反应促进元素（MRAE）的总含量0.05~1.8%，Mg为余量，杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。与现有技术相比，本发明的镁合金制造的构件在具备高强度、高硬度的同时，可在室温或加热时与水发生可控反应，适合应用于同时有高强度、高硬度以及构件快速腐蚀需求的采矿工业领域。

Description

与水发生可控反应的高强高硬镁合金及其构件的制造方法
技术领域
本发明涉及的是一种金属材料技术领域的镁合金，具体是一种与水发生可控反应的高强高硬镁合金及其构件的制造方法。
背景技术
镁合金具有密度低、比强度高的特点，在各大工业领域都有较为广泛的应用。另一方面，镁合金是现有结构材料中化学性质较为活泼的，可在要求结构材料有降解能力的工业领域得到应用。镁合金的化学性质虽然较为活泼，但在常温下，镁与水的反应速度极其微弱，主要原因在于反应生成的氢氧化镁可阻止镁与水的进一步反应，即使加热至沸腾，也只能观测到较为缓慢的反应。由于在一定温度范围内，常规镁合金与水的反应速率偏低，且可控范围较窄，因此无法满足采矿工业应用的需求。通过合金化方法，提高镁合金与水发生化学反应的速率，同时使镁合金保持高的强度和硬度，对于制造结构功能一体化构件，有着极为重要的意义。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未搜索到国内外类似的资料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有镁合金材料的不足，提供一种与水发生快速可控反应的高强高硬镁合金及其构件的制造方法。所述的镁合金添加Si、Fe、Ni、Ga、In混合反应促进元素（MRAE），这些元素与镁形成的相可在镁与水反应过程破坏氢氧化镁的连续性，严格控制Be、Zr、Ca元素，从而达到促进镁与水反应的效果；同时，通过添加铜和稀土元素，使材料在热变形、热处理后具有高强度、高硬度的特性。在本发明规定的范围内调控合金化元素比例，可在保持镁合金材料高强度和高硬度的前提下，调控镁合金与水的反应速率，从而使镁合金满足对结构材料有环保降解要求的特殊工业领域的应用需求。
本发明是通过以下技术方案实现的。
第一方面：本发明提供一种与水发生可控反应的高强高硬镁合金，包含组分及重量百分比为：Gd9.0~15.0%，Y3.0~5.0%， Cu0.4~1.4%，Zn0.4~1.2%，Si、Fe、Ni、Ga、In这五种混合反应促进元素（MRAE）的总含量0.05~1.8%，Mg为余量，杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。
第二方面，本发明提供一种所述镁合金的构件制造方法，所述制造方法具体包含如下步骤。
预处理：按重量百分比称取镁、镁钆中间合金、镁钇中间合金、铜、锌、镁硅中间合金、镁铁中间合金、镍、镓、铟原材料，其中镁、镁钆中间合金、镁钇中间合金、铜、锌、镁硅中间合金、镁铁中间合金、镍预热。
熔炼浇注：将预处理后的原材料均匀混合，熔炼；经覆盖、精炼处理后浇注，得到铸锭。
均匀化热处理：对所述铸锭在一定温度下保温一段时间。
热变形加工：对所述铸锭在一定温度下进行热变形加工，得到锻件或型材。
时效热处理：对所述锻件或型材在一定温度下保温一段时间。
优选地，预处理的步骤中，所述预热的温度为200℃，时间8小时。
优选地，熔炼浇注的步骤中，所述覆盖采用的覆盖剂为JDMF，所述精炼采用的精炼剂为RJ6，所述的浇注温度为680~720℃。
优选地，均匀化热处理的步骤中，所述的保温条件为480~520℃下4~24小时。
优选地，热变形加工步骤中，所述的热变形温度为350~450℃，总变形量为70%~95%。
优选地，时效热处理步骤中，所述的保温条件为180~250℃下10~120小时。
与现有技术相比，采用本发明所述镁合金制造的构件，在具备较高强度、高硬度特性的同时，可在室温或加热时与水发生可控反应，适合应用于同时有高强度、高硬度以及环保降解等苛刻结构功能一体化需求的工业领域。
附图说明
图1为实施例流程。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1。
制造重量百分比为Mg-9.0%Gd-3.0%Y-0.4%Cu-0.4Zn%-0.05% MRAE的镁合金构件，Mg为余量，杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。包括以下步骤。
预处理步骤：按重量百分比称取镁、镁钆中间合金、镁钇中间合金、铜、锌、镁硅中间合金、镁铁中间合金、镍、镓、铟原材料，其中镁、镁钆中间合金、镁钇中间合金、铜、锌、镁硅中间合金、镁铁中间合金、镍在200℃下预热8小时。
熔炼浇注步骤：推荐采用坩埚电阻炉熔炼，加入覆盖剂JDMF进行覆盖、精炼剂RJ6进行精炼处理，使各合金成分均匀混合，去除夹杂物，在680℃浇注，得到铸锭。
均匀化热处理步骤：在480℃对铸锭进行均匀化热处理，处理时间为24小时。
热变形加工步骤：在350℃对铸锭进行挤压加工，总变形量为95%，得到挤压型材。
时效热处理步骤：在180℃下对挤压型材进行时效热处理，处理时间为120小时。
本实施例制造的构件具备一定的与水发生反应的能力，对水稍许加热即可实现构件与水的明显反应。同时具有高强度、高硬度的特性，力学性能可达到Rm≥350MPa，维氏硬度≥100HV。
实施例2。
制造重量百分比为Mg-12.0%Gd-4.0%Y-0.9%Cu-0.8Zn%-0.9%MRAE的镁合金构件，Mg为余量，杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。包括以下步骤。
预处理步骤：按重量百分比称取镁、镁钆中间合金、镁钇中间合金、铜、锌、镁硅中间合金、镁铁中间合金、镍、镓、铟原材料，其中镁、镁钆中间合金、镁钇中间合金、铜、锌、镁硅中间合金、镁铁中间合金、镍在200℃下预热8小时。
熔炼浇注步骤：推荐采用坩埚电阻炉熔炼，加入覆盖剂JDMF进行覆盖、精炼剂RJ6进行精炼处理，使各合金成分均匀混合，去除夹杂物，在700℃浇注，得到铸锭。
均匀化热处理步骤：在500℃对铸锭进行均匀化热处理，处理时间为14小时。
热变形加工步骤：在400℃对铸锭进行锻造加工，总变形量为85%，得到锻件。
时效热处理步骤：在215℃下对锻件进行时效热处理，处理时间为65小时。
本实施例制造的构件可在室温下与水发生明显反应，对水稍许加热即可实现构件与水的快速反应。同时具有高强度、高硬度的特性，力学性能可达到Rm≥370MPa，维氏硬度≥110HV。
实施例3。
制造重量百分比为Mg-15.0%Gd-5.0%Y-1.4%Cu-1.2Zn%-1.8%MRAE的镁合金构件，Mg为余量，杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。包括以下步骤。
预处理步骤：按重量百分比称取镁、镁钆中间合金、镁钇中间合金、铜、锌、镁硅中间合金、镁铁中间合金、镍、镓、铟原材料，其中镁、镁钆中间合金、镁钇中间合金、铜、锌、镁硅中间合金、镁铁中间合金、镍在200℃下预热8小时。
熔炼浇注步骤：推荐采用坩埚电阻炉熔炼，加入覆盖剂JDMF进行覆盖、精炼剂RJ6进行精炼处理，使各合金成分均匀混合，去除夹杂物，在720℃浇注，得到铸锭。
均匀化热处理步骤：在520℃对铸锭进行均匀化热处理，处理时间为4小时。
热变形加工步骤：在450℃对铸锭进行挤压加工，总变形量为70%，得到挤压型材。
时效热处理步骤：在250℃下对挤压型材进行时效热处理，处理时间为10小时。
本实施例制造的构件可在室温下与水发生快速反应。同时具有高强度、高硬度的特性，力学性能可达到Rm≥390MPa，维氏硬度≥120HV。
对比例1。
本对比例是实施例1的对比例，本对比例涉及一种镁合金及其构件的制造方法，与实施例1不同之处仅在所述镁合金不含Si、Fe、Ni、Ga、In混合反应促进元素，且不含Cu。
本对比例镁合金制造的构件在室温下与水几乎观测不到反应，即使将水加热至沸腾也只能发生微弱的反应，同时力学性能不佳，只能达到：Rm≥200MPa，维氏硬度≥80HV。
对比例2。
本对比例是实施例2的对比例，本对比例涉及一种镁合金及其构件的制造方法，与实施例2不同之处仅在所述镁合金的均匀化热处理条件为550℃下10小时。
本对比例镁合金制造的构件可在室温下与水发生明显反应，对水稍许加热即可实现构件与水的快速反应。但力学性能不佳，只能达到：Rm≥260MPa，维氏硬度≥90HV。
对比例3。
本对比例是实施例3的对比例，本对比例涉及一种镁合金及其构件的制造方法，与实施例3不同之处仅在所述镁合金不进行热变形加工。
本对比例制造的构件可在室温下与水发生快速反应。但力学性能不佳，只能达到：Rm≥230MPa，维氏硬度≥70HV。
以上对本发明的具体实施例和对比例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，在权力要求范围内做出的各种变形和修改，并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种与水发生可控反应的高强高硬镁合金，其特征在于，包含组分及重量百分比为：Gd9.0~15.0%，Y3.0~5.0%， Cu0.4~1.4%，Zn0.4~1.2%，Si、Fe、Ni、Ga、In这五种混合反应促进元素（MRAE）的总含量0.05~1.8%，Mg为余量，杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。
2.一种权利要求1所述与水发生可控反应的高强高硬镁合金的构件制造方法，其特征在于，所属制造方法包含如下步骤：
预处理：按权利要求1所述重量百分比称取镁、镁钆中间合金、镁钇中间合金、铜、锌、镁硅中间合金、镁铁中间合金、镍、镓、铟原材料，其中镁、镁钆中间合金、镁钇中间合金、铜、锌、镁硅中间合金、镁铁中间合金、镍预热；
熔炼浇注：将预处理后的金属材料均匀混合，熔炼；经覆盖、精炼处理后浇注，得到铸锭；
均匀化热处理：对所述铸锭在一定温度下保温一段时间；
热变形加工：对所述铸锭在一定温度下进行热变形加工，得到锻件或型材；
时效热处理：对所述锻件或型材在一定温度下保温一段时间。
3.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的高强高硬镁合金的构件制造方法，其特征在于，预处理的步骤中，所述预热的温度为200℃，时间8小时。
4.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的高强高硬镁合金的构件制造方法，其特征在于，熔炼浇注的步骤中，所述覆盖采用的覆盖剂为JDMF，所述精炼采用的精炼剂为RJ6，所述的浇注温度为680~720℃。
5.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的高强高硬镁合金的构件制造方法，其特征在于，均匀化热处理的步骤中，所述的保温条件为480~520℃下4~24小时。
6.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的高强高硬镁合金的构件制造方法，其特征在于，热变形加工的步骤中，所述的热变形温度为350~450℃，总变形量为70%~95%。
7.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的高强高硬镁合金的构件制造方法，其特征在于，时效热处理的步骤中，所述的保温条件为180~250℃下10~120小时。
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