CN106119580A - 与水发生可控反应的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：Al7.0~10.0%，Zn0.5~1.5%，Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反应促进元素（MRAE）的总含量0.15~0.85%，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常规镁合金构件力学性能的同时，可在室温或加热时与水发生较快的可控反应，适合应用于对结构材料有环保降解需求的工业领域。

Description

与水发生可控反应的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镁合金及其构件的制造方法。
背景技术
镁合金具有电极电位低的特点，除在含部分离子溶液条件下表面发生钝化外，镁合金的化学性质较为活泼。另一方面，镁合金可通过合金化实现较高的比强度。利用镁合金的这两个特点，可将镁合金制成构件，应用于特定的工业领域。
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，是拓展镁合金在工业领域应用的一项关键技术。
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镁合金及其构件的制造方法。所述的镁合金添加Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反应促进元素（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等元素，从而达到促进镁与水反应的效果。在本发明规定的范围内调控合金化元素比例，可相应调控镁合金与水的反应速率，从而使镁合金满足在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镁合金，包含组分及重量百分比为：Al7.0~10.0%，Zn0.5~1.5%，Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反应促进元素（MRAE）的总含量0.15~1.85%，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、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍、镓、铟等原材料，其中镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、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JDMJ，所述的浇注温度为680~710℃。
优选地，均匀化热处理的步骤中，所述的保温条件为400~440℃下12~16小时。
优选地，热变形加工步骤中，所述的热变形温度为320~370℃，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160~180℃下20~40小时。
与现有技术相比，采用本发明所述镁合金制造的构件，在具备常规镁合金构件力学性能的同时，可在室温或加热时与水发生较快的可控反应，适合应用于对结构材料有环保降解需求的工业领域。
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-7.0%Al-0.5%Zn-0.15%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、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍、镓、铟等原材料，其中镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、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JDMJ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400℃对铸锭进行均匀化热处理，处理时间为12小时。
热变形加工步骤：在320℃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160℃下对挤压型材进行时效热处理，处理时间为40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。力学性能可达到Rm≥300MPa，Rp0.2≥200MPa，A≥3%。
实施例2。
制造重量百分比为Mg-8.5%Al-1.0%Zn-1.0%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、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍、镓、铟等原材料，其中镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、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JDMJ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420℃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345℃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170℃下对锻件进行时效热处理，处理时间为30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。力学性能可达到Rm≥320MPa，Rp0.2≥220MPa，A≥2%。
实施例3。
制造重量百分比为Mg-10.0%Al-1.5%Zn-1.85%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、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍、镓、铟等原材料，其中镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、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JDMJ进行精炼处理，使各合金成分均匀混合，去除夹杂物，在710℃浇注，得到铸锭。
均匀化热处理步骤：在440℃对铸锭进行均匀化热处理，处理时间为16小时。
热变形加工步骤：在370℃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180℃下对挤压型材进行时效热处理，处理时间为20小时。
本实施例制造的构件可在室温下与水发生快速反应。力学性能可达到Rm≥340MPa，Rp0.2≥240MPa，A≥1.5%。
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，与实施例1不同之处仅在所述镁合金不含Cu、Si、Fe、Ni、Ga、In等混合反应促进元素。
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。
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，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500℃下14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≥240MPa，Rp0.2≥120MPa，A≥1%。
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，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≥220MPa，Rp0.2≥100MPa，A≥0.5%。
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，在权利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镁合金，其特征在于，包含组分及重量百分比为：Al7.0~10.0%，Zn0.5~1.5%，Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反应促进元素（MRAE）的总含量0.15~1.85%，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镁合金的构件制造方法，其特征在于，所述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、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍、镓、铟等原材料，其中镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、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。
3.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的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JDMJ，所述的浇注温度为680~710℃。
5.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的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400~440℃下12~16小时。
6.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的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320~370℃，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160~180℃下20~40小时。
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