CN106191587A - 稀土镁合金与稀土镁合金吊顶扣板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种稀土镁合金，包括：大于零且小于等于5.0wt％的钇，大于零且小于等于1.0wt％的钙，与余量的镁。本申请还提供了一种稀土镁合金吊顶扣板的制备方法，包括以下步骤：制备稀土镁合金原料坯；将所述稀土镁合金原料坯依次进行固溶处理与淬火，再进行轧制，得到稀土镁合金轧板；将所述稀土镁合金轧板进行退火处理，再进行冲压成型，得到稀土镁合金吊顶扣板毛坯；将所述稀土镁合金吊顶扣板毛坯时效处理后再进行硅烷化处理，得到稀土镁合金吊顶扣板。本申请制备的稀土镁合金吊顶扣板，不但可以实现有效地减重，还具有易变形加工、高强度、抗冲击、耐蚀性能优异以及外型美观等优点。

Description

稀土镁合金与稀土镁合金吊顶扣板的制备方法

技术领域

本发明涉及金属装修材料技术领域，尤其涉及稀土镁合金与稀土镁合金吊顶扣板的制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，家居装修中厨房与卫生间等位置采用集成吊顶已基本普及。随着建筑材料的发展，特别是高档豪华型的建筑日渐增多，对于装修材料在轻质、高强、减噪以及安全性能等方面的要求也越来越高。

目前普遍采用的铝镁合金、铝钛合金以及钛合金集成吊顶具有抗老化、外型美观等优点，逐渐占领了大部分市场。其中，铝镁合金的成本较低，但由于合金中大量的Mg₁₇Al₁₂相的存在，导致其耐蚀性的降低，且铝镁合金较高的密度加重了悬挂骨架的负担，随着使用时间的延长，容易造成骨架脱落、固定螺丝松动等情况；而近年来兴起的钛合金吊顶虽然性能优异，但由于加工过程复杂，难度较高，导致成本极高，并不适合家装领域中的大规模应用；镁合金作为新兴的、最轻质的金属结构材料，由于其抗冲击、耐火以及耐蚀性能等方面较差，在家装材料领域中的应用受到了严重的限制。因此，加速发展镁合金吊顶材料，对于未来提高家装档次、实现装修材料的轻量化、安全化均具有极其重要的意义。此外，通过合金设计、变形及热处理工艺调控，有望显著提高镁合金吊顶的抗冲击、防火、耐蚀等性能，促进镁合金材料在民品领域中的应用。由此，亟需提供一种性能优异的镁合金。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种质轻且性能优异的稀土镁合金与稀土镁合金吊顶扣板的制备方法。

有鉴于此，本申请提供了一种稀土镁合金，包括：大于零且小于等于5.0wt％的钇，大于零且小于等于1.0wt％的钙，与余量的镁。

优选的，所述钇的含量为1wt％～3wt％。

优选的，所述钙的含量为0.3wt％～0.9wt％。

本申请还提供了一种稀土镁合金吊顶扣板的制备方法，包括以下步骤：

制备稀土镁合金原料坯；所述稀土镁合金原料坯中包括大于零且小于等于5.0wt％的钇，大于零且小于等于1.0wt％的钙，与余量的镁；

将所述稀土镁合金原料坯依次进行固溶处理与淬火，再进行轧制，得到稀土镁合金轧板；

将所述稀土镁合金轧板进行退火处理，再进行冲压成型，得到稀土镁合金吊顶扣板毛坯；

将所述稀土镁合金吊顶扣板毛坯时效处理后再进行硅烷化处理，得到稀土镁合金吊顶扣板。

优选的，所述稀土镁合金原料坯制备的过程具体为：

在CO₂与SF₆的保护气氛下，将镁锭加热至700～750℃，所述镁锭熔化后再加入250～350℃预热30～40min后的Mg-20wt％钇的中间合金与Mg-30wt％钙的中间合金，搅拌后静置，再降温至700～730℃后浇铸，得到稀土镁合金原料坯。

优选的，所述固溶处理的温度为400～450℃，所述固溶处理的时间为8～24h；所述淬火的温度为50～100℃。

优选的，所述轧制的温度为300～350℃。

优选的，所述退火处理的温度为200～300℃，所述退火处理的时间为10～30min，所述冲压成型的温度为350～450℃。

优选的，所述时效处理的温度为170～220℃，所述时效处理的时间为12～100h，所述硅烷化处理的溶液为KH550硅烷偶联剂的乙醇溶液。

优选的，所述退火处理之前还包括：

将所述稀土镁合金轧板进行修边与剪裁；

所述时效处理之后，硅烷化处理之前还包括：

将时效处理后的稀土镁合金吊顶扣板毛坯进行精修与钻孔后，再依次进行碱洗与水洗。

本申请提供了一种稀土镁合金，其包括稀土元素钇与钙元素，由于采用可抗氧化、阻燃性能优异的稀土钇、碱土金属钙作为合金化元素，使稀土镁合金具有良好的减震、防火性能以及轻质、高强、抗冲击等优点，同时，钇元素固溶于镁合金中，在使用条件下可以形成氧化钇膜层结构，显著提高了稀土镁合金的耐腐蚀性能。本申请在制备稀土镁合金吊顶扣板的过程中，通过固溶处理、轧制变形获得了塑性优异的稀土镁合金板材，再利用冲压成型工艺与硅烷化处理，制备了抗冲击、降噪性能良好的耐蚀稀土镁合金吊顶扣板，有效解决了现有的铝合金吊顶扣板由于密度较高，对悬挂架、固定螺丝等部件造成的负重力较高的问题，因此，本申请制备的稀土镁合金吊顶扣板不但实现了有效地减重，还具有易变形加工、高强度、抗冲击、耐蚀性能优异的特点。

附图说明

图1为本发明制备稀土镁合金吊顶扣板制备的流程示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本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。

本发明实施例公开了一种稀土镁合金，包括：大于零且小于等于5.0wt％的钇，大于零且小于等于1.0wt％的钙，与余量的镁。

本申请提供了一种稀土镁合金，其在镁合金中添加了合金元素钇与钙，由于采用了抗氧化、阻燃性能优异的稀土钇与碱土金属钙作为合金化元素，使稀土镁合金具有良好的减震、防火性能以及轻质、高强、抗冲击等优点。此外，钇元素固溶在镁合金中，在使用条件下可以形成氧化钇膜层结构，显著提高了吊顶的耐腐蚀性能，解决了常规镁合金吊顶易腐蚀降解的难题。

具体的，本申请所述稀土镁合金中包括大于零且小于等于5.0wt％的钇，作为优选方案，所述钇的含量优选为1wt％～3wt％，示例的，所述钇的含量优选为1wt％、2wt％、2.5wt％或3wt％。所述钙的含量大于零且小于等于1.0wt％，作为优选方案，所述钙的含量优选为0.3wt％～0.9wt％，示例的，所述钙的含量为0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％或0.9wt％。本申请中所述钇与钙的含量越高，则稀土镁合金的强度越高，反之则塑性越高，因此，通过调整钇与钙的含量，使稀土镁合金的强度与塑性均较好。

本申请还提供了一种稀土镁合金吊顶扣板的制备方法，包括以下步骤：

制备稀土镁合金原料坯；所述稀土镁合金原料坯中包括大于零且小于等于5.0wt％的钇，大于零且小于等于1.0wt％的钙，与余量的镁；

将所述稀土镁合金原料坯依次进行固溶处理与淬火，再进行轧制，得到稀土镁合金轧板；

将所述稀土镁合金轧板进行退火处理，再进行冲压成型，得到稀土镁合金吊顶扣板毛坯；

将所述稀土镁合金吊顶扣板毛坯时效处理后再进行硅烷化处理，得到稀土镁合金吊顶扣板。

如图1所示，图1为本发明稀土镁合金吊顶扣板的制备流程示意图，本申请所述稀土镁合金吊顶扣板的制备过程包括：铸造稀土镁合金板坯-固溶处理-热轧-修边、切割-去应力退火-冲压成型-时效处理-精修、钻孔-硅烷化处理、喷漆-稀土镁合金吊顶扣板，本申请通过采用上述步骤，使制备的稀土镁合金吊顶扣板质轻，且具有较好的性能。

按照本发明，首先进行了稀土镁合金原料坯的制备，所述原料坯的制备可以采用压铸、差压铸造、半连续铸造等方式制备，对此本申请没有特别的限制，上述方式均按照本领域技术人员熟知的方式进行即可，对此没有特别的限制。示例的，所述稀土镁合金原料坯的制备过程具体为：

在CO₂与SF₆的保护气氛下，将镁锭加热至700～750℃，所述镁锭熔化后再加入250～350℃预热30～40min的Mg-20wt％钇的中间合金与Mg-30wt％钙的中间合金，搅拌后静置，再降温至700～730℃后浇铸，得到稀土镁合金原料坯。

在上述制备稀土镁合金原料坯的过程中，将上述中间合金后续加入是为了避免前期加入造成微量添加元素的损失。

本申请然后将所述稀土镁合金原料坯进行固溶处理，以使铸造和金中的第二相Mg₅Y，Mg₂Ca部分或者全部回溶到镁合金基体中，以减少轧制过程中的阻力。所述固溶处理的温度优选为400～450℃，更优选为420～440℃；所述固溶处理的时间优选为8～24h，更优选为10～16h。在固溶处理之后则进行淬火，所述淬火的温度优选为50～100℃，更优选为70℃。在淬火之后则进行轧制，所述轧制的温度优选为300～350℃，更优选为320～340℃。所述轧制为本领域技术人员熟知的技术手段，可采用常规热轧、降温轧制、异步轧制等，对此本申请不进行特别的限制，所述轧制是一种加工手段，以得到稀土镁合金轧板。在实际生产中，也可采用热挤压变形，得到组织均匀、成形性良好的稀土镁合金板材。

在得到稀土镁合金轧板之后，为了得到尺寸符合要求的吊顶扣板，本申请优选将所述稀土镁合金轧板进行修边剪裁，再将得到的稀土镁合金轧板进行去应力退火处理，以减少轧制过程中产生的残余应力，提高冲压成型能力；所述去应力退火处理的温度优选为200～300℃，所述退火处理的时间优选为10～30min，作为优选方案，所述退火处理的温度优选为250～280℃，所述退火处理的时间优选为15～20min。将退火处理后的稀土镁合金轧板再进行冲压成型，得到稀土镁合金吊顶扣板。所述冲压的技术手段为本领域技术人员熟知的，此处不再进行详细说明；在实际生产中，为了装修设计美观的要求，根据不同的吊顶扣板表面图案设计，可选择不同的冲压模具，以得到不同种类形状的稀土镁合金扣板。所述冲压的温度优选为350～450℃，更优选为380～420℃。

在上述冲压成型的过程中，冲压过程速度缓慢，获得到扣板中内应力较小，因此可将冲压成型得到的稀土镁合金吊顶扣板毛坯直接进行时效处理，以促进合金中第二相的析出，提高镁合金吊顶扣板的强度。所述时效处理为本领域技术人员熟知的技术手段，此处不进行特别的限制；优选的，所述时效处理的温度优选为170～220℃，更优选为180～200℃；所述时效处理的时间优选为12～100h，更优选为36h～72h。为了得到镁合金吊顶扣板，本申请优选将时效处理后的稀土镁合金吊顶扣板毛坯进行精修、钻孔，以去掉多余的废料部分；并随后进行了碱洗与水洗。

本申请最后将稀土镁合金吊顶扣板毛坯进行硅烷化处理，以在稀土镁合金吊顶扣板表面形成硅烷薄层，提高扣板的耐腐蚀性能。所述硅烷化处理优选在KH550硅烷偶联剂的乙醇溶液中进行。为了提高扣板的实用性，本申请根据产品的需求优选进行了顶漆喷涂。

本发明首先通过稀土元素钇、碱土元素钙的添加，得到高性能的稀土镁合金材料(Mg-(0～5)％Y-(0～1)％Ca合金)。在制备稀土镁合金吊顶扣板的过程中，通过固溶处理、轧制变形获得塑性优异的稀土镁合金板材，利用二次冲压成型工艺，制备厚度在0.5～1.5mm、抗冲击、降噪性能良好的耐蚀稀土镁合金吊顶扣板，有效解决了现有的铝合金吊顶扣板由于密度较高，而对悬挂架、固定螺丝等部件造成的负重力较高问题；为继续优化承重件的材料、结构设计，以及集成吊顶的整体减重提供了更大的空间，对于延长集成吊顶的使用寿命、提高未来家装档次等具有积极的作用。此外，镁合金还具有良好的可回收利用性和阻尼性能，有利于提高未来家居装饰材料的档次、安全性、降噪性能以及节能环保等

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的稀土镁合金吊顶扣板的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

(1)Mg-1Y-0.3Ca(wt％)合金的铸造：以9.4kg的商业纯镁(纯度为99.90％)、0.5kg的Mg-20％Y中间合金、0.1kg的Mg-30％Ca中间合金为原料；首先对原料进行表面清理，并用去离子冲洗、吹干，将纯镁锭放入井式电阻炉中，通入CO₂+SF₆(40:1)保护气，加热至730℃；待镁熔化后，加入300℃预热30min以上的中间合金，人工搅拌后静置15min，降温至720℃浇铸，得到稀土镁合金板坯(30×15×100cm³)；

(2)Mg-Y-Ca合金的轧制：对稀土镁合金板坯在400℃进行8h的固溶处理，再进行70℃的淬火；随后对合金在300℃进行不同条件、不同道次的轧制变形，得到2.0mm的稀土镁合金轧板；

(3)对轧板进行修边、剪裁得到30×30×2.0mm³的板材坯料，并在250℃进行10min的去应力退火处理，随后在350℃进行冲压成型，得到厚度为1.0mm的稀土镁合金吊顶扣板毛坯；

(4)对扣板毛坯在170℃下进行12～100h的时效处理，获得屈服强度大于220MPa、抗拉强度大于280MPa、延伸率10％以上的稀土镁合金扣板坯料；

(5)精修、钻孔，然后将零件浸入3mol/L的氢氧化钠溶液1h，取出用去离子水冲洗、吹干，放入KH550硅烷偶联剂的乙醇溶液中进行硅烷化处理，最后进行顶漆喷涂，得到稀土镁合金吊顶扣板成品。将本实施例制备的稀土镁合计吊顶扣板成品进行标准盐雾试验，在500h以上不出现明显的腐蚀坑。

实施例2

(1)Mg-5.0Y-0.9Ca(wt％)合金的铸造：以7.2kg的商业纯镁(纯度为99.90％)、2.5kg的Mg-20％Y中间合金、0.3kg的Mg-30％Ca中间合金为原料；首先对原料进行表面清理，并用去离子冲洗、吹干，将纯镁锭放入井式电阻炉中，通入CO₂+SF₆(40:1)保护气，加热至730℃；待镁熔化后，加入300℃预热30min以上的纯锌及中间合金，人工搅拌后静置15min，降温至720℃浇铸得到稀土镁合金板坯(30×15×100cm³)；

(2)Mg-Y-Ca合金的轧制：对铸造合金在450℃进行24h的固溶处理，再进行70℃的淬火；随后对合金在350℃进行不同条件、不同道次的轧制变形，得到5.0mm的稀土镁合金轧板；

(3)对轧板进行修边、剪裁得到30×30×5.0mm³的板材坯料，并在250℃进行10min的去应力退火处理，随后在350℃进行冲压成型，得到厚度为1.0mm的稀土镁合金吊顶扣板毛坯；

(4)对扣板毛坯在220℃下进行100h的时效处理，获得屈服强度大于280MPa、抗拉强度大于320MPa、延伸率5％以上的稀土镁合金扣板坯料；

(5)精修、钻孔，然后将零件浸入3mol/L的氢氧化钠溶液1h，取出用去离子水冲洗、吹干，放入KH550硅烷偶联剂的乙醇溶液中进行硅烷化处理，最后进行顶漆喷涂，得到稀土镁合金吊顶扣板成品。将本实施例制备的稀土镁合计吊顶扣板成品进行标准盐雾试验，在500h以上不出现明显的腐蚀坑。

实施例3

(1)Mg-3Y-0.6Ca(wt.％)合金的铸造：以8.3kg的商业纯镁(纯度为99.90％)、1.5kg的Mg-20％Y中间合金、0.2kg的Mg-30％Ca中间合金为原料；首先对原料进行表面清理，并用去离子冲洗、吹干，将纯镁锭放入井式电阻炉中，通入CO₂+SF₆(40:1)保护气，加热至730℃；待镁熔化后，加入300℃预热30min以上的纯锌及中间合金，人工搅拌后静置15min，降温至720℃浇铸得到稀土镁合金板坯(30×15×100cm³)；

(2)Mg-Y-Ca合金的轧制：对铸造合金在420℃进行16h的固溶处理，再进行70℃的淬火；随后对合金在320℃进行不同条件、不同道次的轧制变形，得到4.0mm的稀土镁合金轧板；

(3)对轧板进行修边、剪裁得到30×30×3.0mm³的板材坯料，并在250℃进行20min的去应力退火处理，随后在400℃进行冲压成型，得到厚度为1.0mm的稀土镁合金吊顶扣板毛坯；

(4)对扣板毛坯在200℃下进行48h的时效处理，获得屈服强度大于250MPa、抗拉强度大于300MPa、延伸率8％以上的稀土镁合金扣板坯料；

(5)精修、钻孔，然后将零件浸入3mol/L的氢氧化钠溶液1h，取出用去离子水冲洗、吹干，放入KH550硅烷偶联剂的乙醇溶液中进行硅烷化处理，最后进行顶漆喷涂，得到稀土镁合金吊顶扣板成品。将本实施例制备的稀土镁合计吊顶扣板成品进行标准盐雾试验，在500h以上不出现明显的腐蚀坑。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种稀土镁合金，包括：大于零且小于等于5.0wt％的钇，大于零且小于等于1.0wt％的钙，与余量的镁。

2.根据权利要求1所述的稀土镁合金，其特征在于，所述钇的含量为1wt％～3wt％。

3.根据权利要求1所述的稀土镁合金，其特征在于，所述钙的含量为0.3wt％～0.9wt％。

4.一种稀土镁合金吊顶扣板的制备方法，包括以下步骤：

制备稀土镁合金原料坯；所述稀土镁合金原料坯中包括大于零且小于等于5.0wt％的钇，大于零且小于等于1.0wt％的钙，与余量的镁；

将所述稀土镁合金原料坯依次进行固溶处理与淬火，再进行轧制，得到稀土镁合金轧板；

将所述稀土镁合金轧板进行退火处理，再进行冲压成型，得到稀土镁合金吊顶扣板毛坯；

将所述稀土镁合金吊顶扣板毛坯时效处理后再进行硅烷化处理，得到稀土镁合金吊顶扣板。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述稀土镁合金原料坯制备的过程具体为：

在CO₂与SF₆的保护气氛下，将镁锭加热至700～750℃，所述镁锭熔化后再加入250～350℃预热30～40min后的Mg-20wt％钇的中间合金与Mg-30wt％钙的中间合金，搅拌后静置，再降温至700～730℃后浇铸，得到稀土镁合金原料坯。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为400～450℃，所述固溶处理的时间为8～24h；所述淬火的温度为50～100℃。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述轧制的温度为300～350℃。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为200～300℃，所述退火处理的时间为10～30min，所述冲压成型的温度为350～450℃。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述时效处理的温度为170～220℃，所述时效处理的时间为12～100h，所述硅烷化处理的溶液为KH550硅烷偶联剂的乙醇溶液。

10.根据权利要求4～9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理之前还包括：

将所述稀土镁合金轧板进行修边与剪裁；

所述时效处理之后，硅烷化处理之前还包括：

将时效处理后的稀土镁合金吊顶扣板毛坯进行精修与钻孔后，再依次进行碱洗与水洗。