CN106111935A - 一种增强型镁钇钕合金层状复合板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强型镁钇钕合金层状复合板的制备方法,是针对镁合金强度低、硬度低、耐腐蚀性差的弊端,在镁合金中掺杂稀土元素钇和钕,并在镁合金外部包覆碳纤维布层,经真空熔炼、浇铸、热压,制成增强型镁钇钕层状复合板,使镁合金基体和外部提高了强度、硬度和耐蚀性,其硬度达65HV0.01,强度达498MPa,此制备方法工艺先进,数据精确翔实,产物纯度好,是先进的制备增强型镁钇钕层状复合板的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强型镁钇钕合金层状复合板的制备方法,属有色金属复合材料制备及应用的技术领域。
背景技术
镁合金是有色金属结构材料,常在航空、航天、电子、汽车、医疗卫生领域应用,镁合金具有比强度高、比刚度高、减震性能好的优点,但也存在强度低、硬度差、耐腐蚀性差的弊端,极大地影响了镁合金的应用范围。
目前,为了增强镁合金的力学性能,常在镁合金中掺杂陶瓷颗粒、纤维或者晶须来提高镁合金的力学性能;但由于应用领域不同,有些掺杂起不到增强力学性能的作用,还存在较多的技术弊端。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的情况,以镁合金为基体,掺杂稀土元素钇和钕,并在镁合金外部热压包覆碳纤维布,制备出增强型镁钇钕合金层状复合板,以大幅度提高镁合金基体及外部的力学性能,扩大镁合金的使用范围。
技术方案
本发明使用的化学物质为:镁合金、钇、钕、碳纤维布、无水乙醇、氩气,其准备用量如下:以克、毫升、毫米、厘米3为计量单位
制备方法如下:
(1)精选化学物质
对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度、含量控制;
(2)制备开合模具
开合式模具用模具钢5CrMnMo材料制作,模具型腔为矩形,尺寸为200mm×100mm×250mm,型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm;
(3)预处理碳纤维布
①剪切碳纤维布,将碳纤维布按模具型腔尺寸进行剪切,尺寸为200mm×1mm×250mm,共两块;
②清洗碳纤维布,将剪切后的碳纤维布置于超声波清洗器内,加入无水乙醇200mL,超声波频率28KHz,超声波清洗时间15min;
③干燥,将清洗后的碳纤维布置于干燥箱中,干燥温度100℃,干燥时间60min;
(4)切制镁合金块,将镁合金块置于钢质平板上,用机械切制成块状,块状尺寸≤5mm×3mm×5mm;
(5)熔炼镁钇钕合金
镁钇钕合金的熔炼是在真空感应熔炼炉内进行的,是在高频感应加热、氩气保护下完成的;
①清理真空感应熔炼炉及熔炼坩埚,用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚,使其清洁;
用无水乙醇清洗熔炼坩埚,使其洁净;
用氩气清理炉腔,驱除炉腔内有害气体;
②备料、加料
称取镁合金500g±0.01g、钇10g±0.01g、钕15g±0.01g,加入熔炼坩埚中;
③关闭真空感应熔炼炉,并密闭;
④开启真空泵,抽取炉内空气,使炉内压强达到6Pa;
⑤开启氩气瓶,向炉内输入氩气,氩气输入速度200cm3/min,使炉内压强恒定在105Pa;
⑥开启中频感应加热器,加热熔炼坩埚内的镁合金、钇、钕,熔炼温度700℃±2℃,熔炼时间120min,并恒温保温静置30min,成增强型镁钇钕合金熔液;
镁合金、钇、钕在熔炼过程中将进行合金化反应,反应方程式如下:
式中:Mg91.4Al8.2Zn0.4YNd为镁钇钕合金熔液
(6)压铸增强型镁钇钕合金层状复合板
镁钇钕层状复合板的压铸成型是在热压机上进行的,是在开合式模具内,加热、加压下完成的;
①将预制的开合式模具垂直置于热压机的加热工作台上,开启加热工作台,预热开合式模具,预热温度400℃,预热时间100min;
②将预处理的碳纤维布一块平展置于开合式模具底部的下垫板上;
③打开真空感应熔炼炉,取出熔炼坩埚,将熔炼的镁钇钕合金液对准模具型腔进行浇铸,浇满为止;
④将预处理的另一块碳纤维平展置于镁钇钕合金液的上部,并用上压板压牢;
⑤将热压机的上部压块垂直对准开合式模具,开启压力电机,对开合式模具的镁钇钕合金液进行施压,施压压强3MPa,施压时间5min;
⑥关闭热压机加热工作台上的加热器,停止加热;
开合式模具内的镁钇钕合金液在施压过程中冷却至100℃;
⑦开模,打开开合式模具,取出热压成型后的镁钇钕合金板;
⑧冷却,将镁钇钕合金板埋入细砂中,继续冷却至25℃,时间24h;
⑨切制、清理、清洗
将冷却的镁钇钕合金板置于钢制平板上,用机械切制合金板周边,使其齐整;
用砂纸打磨镁钇钕合金板周边及正反表面,使其清洁;
用无水乙醇清洗镁钇钕合金板周边及正反表面,使其洁净;
(7)检测、分析、表征
对制备的镁钇钕合金板的形貌、力学性能进行检测、分析、表征;
用扫描电镜进行显微组织分析;
用X射线衍射仪进行物相分析;
结论:镁钇钕合金板由碳纤维包覆,硬度达65HV0.01,强度达498MPa;
(8)包装储存
对制备的镁钇钕合金板用软质软料包装,储存于洁净环境,要防潮、防晒、防酸碱盐腐蚀,储存温度20℃,相对湿度≤10%。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性,是针对镁合金强度低、硬度低、耐腐蚀性差的弊端,在镁合金中掺杂稀土元素钇和钕,并在镁合金外部包覆碳纤维布层,经真空熔炼、浇铸、热压,制成增强型镁钇钕层状复合板,使镁合金基体和外部提高了强度、硬度和耐蚀性,,其硬度达65HV0.01,强度达498MPa,此制备方法工艺先进,数据精确翔实,产物纯度好,是先进的制备增强型镁钇钕层状复合板的方法。
附图说明
图1、镁钇钕合金熔炼状态图
图2、镁钇钕合金层状复合板压铸状态图
图3、镁钇钕合金层状复合板横切面形貌图
图4、镁钇钕合金层状复合板衍射强度图谱
图中所示,附图标记清单如下:
1、真空感应熔炼炉,2、第一炉座,3、炉盖,4、炉腔,5、出气管阀,6、外水循环冷却管,7、进水阀,8、出水阀,9、第一工作台,10、熔炼坩埚,11、中频感应加热器,12、镁钇钕合金液,13、真空泵,14、真空阀,15、真空管,16、氩气瓶,17、氩气阀,18、氩气管,19、氩气,20、第一显示屏,21、第一指示灯,22、第一电源开关,23、加热温度控制器,24、真空泵控制器,25、第二底座,26、顶座,27、左立柱,28、右立柱,29、第二工作台,30、工作台加热器,31、开合式模具,32、模具加热器,33、下垫板,34、底层碳纤维布,35、镁钇钕合金熔液,36、顶层碳纤维布,37、上压板,38、上压块,39、压力电机,40、第二显示屏,41、第二指示灯,42、第二电源开关,43、模具加热控制器,44、工作台加热控制器,45、压力电机控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明:
图1所示,为镁钇钕合金熔炼状态图,各部位置要正确,按量配比,按序操作。
制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的,以克、毫升、毫米、厘米3为计量单位。
镁钇钕合金的熔炼是在真空感应熔炼炉内进行的,是在中频感应加热、氩气保护下完成的;
真空感应熔炼炉为立式、真空感应熔炼炉下部为第一炉座2,上部为炉盖3,内部为炉腔4;在炉腔4底部设有第一工作台9,在第一工作台9上部为熔炼坩埚10,熔炼坩埚10外部为中频感应加热器11,熔炼坩埚10内为镁钇钕合金液12;在真空感应熔炼炉1的右上部设有出气管阀5;真空感应熔炼炉1的外部由外水循环冷却管6环绕,并通过进水阀7、出水阀8与外接水源连接;在真空感应熔炼炉的右下部设有真空泵13,真空泵13上部设有真空阀14,真空管15,并与炉腔4连通;在真空感应熔炼炉1的左部设有氩气瓶16,氩气瓶16上部设有氩气阀17、氩气管18,并向炉腔4内输入氩气19;在第一炉座2上设有第一显示屏20、第一指示灯21、第一电源开关22,加热温度控制器23、真空泵控制器24。
图2所示,为镁钇钕合金层状复合板压铸状态图,各部位置要正确、按序操作。
镁钇钕合金层状复合板的压铸是在热压机上进行的,是在开合式模具内加热、加压下完成的;
热压机为立式,热压机底部为第二底座25、顶部为顶座26,并由左立柱27、右立柱28支撑;在第二底座25上部设有第二工作台29,第二工作台29下部为工作台加热器30,在第二工作台29上部垂直置放开合式模具31,在开合式模具31外部设有模具加热器32;在开合式模具31底部为下垫板33,在下垫板33上部为底层碳纤维布34,底层碳纤维布34上部为镁钇钕合金液35,镁钇钕合金液35上部为顶层碳纤维布36,顶层碳纤维布36上部由上压板37压平,上压板37上部由上压块38压牢,上压块38上部连接压力电机39;在第二底座25上设有第二显示屏40、第二指示灯41、第二电源开关42、模具加热控制器43、工作台加热控制器44、压力电机控制器45。
图3所示,为镁钇钕合金层状复合板横切面形貌图,如图所示,碳纤维和镁钇钕合金浸润良好,没有出现气孔和裂纹。
图4所示,为镁钇钕合金层状复合板的衍射强度图谱,图中所示,镁合金与稀土元素Y和Nd发生合金化反应并生成新相Al2Y和Al2Nd。镁合金与碳纤维发生反应生成新相MgAl2C2和Al4C3。
Claims (3)
1.一种增强型镁钇钕合金层状复合板的制备方法,其特征在于:使用的化学物质为:镁合金、钇、钕、碳纤维布、无水乙醇、氩气,其准备用量如下:以克、毫升、毫米、厘米3为计量单位
制备方法如下:
(1)精选化学物质
对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度、含量控制;
(2)制备开合模具
开合式模具用模具钢5CrMnMo材料制作,模具型腔为矩形,尺寸为200mm×100mm×250mm,型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm;
(3)预处理碳纤维布
①剪切碳纤维布,将碳纤维布按模具型腔尺寸进行剪切,尺寸为200mm×1mm×250mm,共两块;
②清洗碳纤维布,将剪切后的碳纤维布置于超声波清洗器内,加入无水乙醇200mL,超声波频率28KHz,超声波清洗时间15min;
③干燥,将清洗后的碳纤维布置于干燥箱中,干燥温度100℃,干燥时间60min;
(4)切制镁合金块,将镁合金块置于钢质平板上,用机械切制成块状,块状尺寸≤5mm×3mm×5mm;
(5)熔炼镁钇钕合金
镁钇钕合金的熔炼是在真空感应熔炼炉内进行的,是在高频感应加热、氩气保护下完成的;
①清理真空感应熔炼炉及熔炼坩埚,用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚,使其清洁;
用无水乙醇清洗熔炼坩埚,使其洁净;
用氩气清理炉腔,驱除炉腔内有害气体;
②备料、加料
称取镁合金500g±0.01g、钇10g±0.01g、钕15g±0.01g,加入熔炼坩埚中;
③关闭真空感应熔炼炉,并密闭;
④开启真空泵,抽取炉内空气,使炉内压强达到6Pa;
⑤开启氩气瓶,向炉内输入氩气,氩气输入速度200cm3/min,使炉内压强恒定在105Pa;
⑥开启中频感应加热器,加热熔炼坩埚内的镁合金、钇、钕,熔炼温度700℃±2℃,熔炼时间120min,并恒温保温静置30min,成增强型镁钇钕合金熔液;
镁合金、钇、钕在熔炼过程中将进行合金化反应,反应方程式如下:
式中:Mg91.4Al8.2Zn0.4YNd为镁钇钕合金熔液
(6)压铸增强型镁钇钕合金层状复合板
镁钇钕层状复合板的压铸成型是在热压机上进行的,是在开合式模具内,加热、加压下完成的;
①将预制的开合式模具垂直置于热压机的加热工作台上,开启加热工作台,预热开合式模具,预热温度400℃,预热时间100min;
②将预处理的碳纤维布一块平展置于开合式模具底部的下垫板上;
③打开真空感应熔炼炉,取出熔炼坩埚,将熔炼的镁钇钕合金液对准模具型腔进行浇铸,浇满为止;
④将预处理的另一块碳纤维平展置于镁钇钕合金液的上部,并用上压板压牢;
⑤将热压机的上部压块垂直对准开合式模具,开启压力电机,对开合式模具的镁钇钕合金液进行施压,施压压强3MPa,施压时间5min;
⑥关闭热压机加热工作台上的加热器,停止加热;
开合式模具内的镁钇钕合金液在施压过程中冷却至100℃;
⑦开模,打开开合式模具,取出热压成型后的镁钇钕合金板;
⑧冷却,将镁钇钕合金板埋入细砂中,继续冷却至25℃,时间24h;
⑨切制、清理、清洗
将冷却的镁钇钕合金板置于钢制平板上,用机械切制合金板周边,使其齐整;
用砂纸打磨镁钇钕合金板周边及正反表面,使其清洁;
用无水乙醇清洗镁钇钕合金板周边及正反表面,使其洁净;
(7)检测、分析、表征
对制备的镁钇钕合金板的形貌、力学性能进行检测、分析、表征;
用扫描电镜进行显微组织分析;
用X射线衍射仪进行物相分析;
结论:镁钇钕合金板由碳纤维包覆,硬度达65HV0.01,强度达498MPa;
(8)包装储存
对制备的镁钇钕合金板用软质软料包装,储存于洁净环境,要防潮、防晒、防酸碱盐腐蚀,储存温度20℃,相对湿度≤10%。
2.根据权利要求1所述的一种增强型镁钇钕层状复合板的制备方法,其特征在于:镁钇钕合金的熔炼是在真空感应熔炼炉内进行的,是在中频感应加热、氩气保护下完成的;
真空感应熔炼炉为立式、真空感应熔炼炉下部为第一炉座(2),上部为炉盖(3),内部为炉腔(4);在炉腔(4)底部设有第一工作台(9),在第一工作台(9)上部为熔炼坩埚(10),熔炼坩埚(10)外部为中频感应加热器(11),熔炼坩埚(10)内为镁钇钕合金液(12);在真空感应熔炼炉(1)的右上部设有出气管阀(5);真空感应熔炼炉(1)的外部由外水循环冷却管(6)环绕,并通过进水阀(7)、出水阀(8)与外接水源连接;在真空感应熔炼炉的右下部设有真空泵(13),真空泵(13)上部设有真空阀(14),真空管(15),并与炉腔(4)连通;在真空感应熔炼炉(1)的左部设有氩气瓶(16),氩气瓶(16)上部设有氩气阀(17)、氩气管(18),并向炉腔(4)内输入氩气(19);在第一炉座(2)上设有第一显示屏(20)、第一指示灯(21)、第一电源开关(22),加热温度控制器(23)、真空泵控制器(24)。
3.根据权利要求1所述的一种增强型镁钇钕合金层状复合板的制备方法,其特征在于:镁钇钕合金层状复合板的压铸是在热压机上进行的,是在开合式模具内、加热、加压下完成的;
热压机为立式,热压机底部为第二底座(25)、顶部为顶座(26),并由左立柱(27)、右立柱(28)支撑;在第二底座(25)上部设有第二工作台(29),第二工作台(29)下部为工作台加热器(30),在第二工作台(29)上部垂直置放开合式模具(31),在开合式模具(31)外部设有模具加热器(32);在开合式模具(31)底部为下垫板(33),在下垫板(33)上部为底层碳纤维布(34),底层碳纤维布(34)上部为镁钇钕合金液(35),镁钇钕合金熔液(35)上部为顶层碳纤维布(36),顶层碳纤维布(36)上部由上压板(37)压平,上压板(37)上部由上压块(38)压牢,上压块(38)上部连接压力电机(39);在第二底座(25)上设有第二显示屏(40)、第二指示灯(41)、第二电源开关(42)、模具加热控制器(43)、工作台加热控制器(44)、压力电机控制器(45)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20171229 Termination date: 20190624 |