CN106929727B - 一种高电磁屏蔽性能镁合金及其制备方法 - Google Patents

一种高电磁屏蔽性能镁合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电磁屏蔽材料领域，本发明针对现在还没有任何方法能够提升镁合金电磁屏蔽能力的技术问题，具体公开了一种高电磁屏蔽性能镁合金，含有锌2.5‑3.5wt.%；锆0.15‑0.35wt.%；钐0.35‑1.5wt.%；其余为镁和杂质。还公开了该镁合金的制备方法，包括如下步骤：1）按要求的成分含量称取纯镁锭、纯锌粒、Mg‑Zr中间合金、Mg‑Sm中间合金、备用；2）将步骤1）称取的原材料分别进行干燥预热2 h，备用；3）将步骤2）预热好的纯镁锭放入不锈钢坩埚中，在保护气体的保护下加热升温，待镁完全熔化后添加步骤2）预热好的纯锌粒、Mg‑Zr中间合金及Mg‑Sm中间合金，保温10‑20 min；再将熔体浇注金属型模具中，自然冷却，得到镁合金铸锭。

Description

一种高电磁屏蔽性能镁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽材料领域，具体涉及一种高电磁屏蔽性能镁合金及其制备方法。
背景技术
随着射频设备功率的成倍增加，地面上的电磁辐射大幅度增加，一方面威胁人体健康，另一方面电磁之间相互干扰也容易导致电子设备运行不稳定。针对这种情况，电磁屏蔽材料研究越来越受到材料研究人员的关注。
传统的电磁屏蔽材料主要包括铜、银、铝、铁和镍，这样的材料虽然能够达到一定的电磁屏蔽性能，但是还是存在密度高的缺点，在一些对密度要求高的领域(如航空航天、高精密设备等)，这些材料并不是理想的材料。针对这种情况，市面上又出现了复合材料以及涂层屏蔽方式，涂层屏蔽的屏蔽效果并不理想且不能作为结构件使用。
随着研究的深入，人们想到了镁合金，通过在镁合金中添加少量稀土元素(Y、Ce、Nd等)可以影响镁合金的使用性能，但是近乎所有的研究都是朝着提升镁合金的力学性能去的，对于提升镁合金的电磁屏蔽能力的研究近乎没有，镁合金具有可以直接作为结构件使用和密度小的优点，如果能在兼顾镁合金力学性能的同时，提升镁合金的电磁屏蔽能力就可满足密度和电磁屏蔽性能的要求了。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种既具有较高的力学性能，同时具有高电磁屏蔽性能的镁合金。
本发明提供的基础方案为：一种高电磁屏蔽性能镁合金，含有锌2.5-3.5wt.％；锆0.15-0.35wt.％；钐0.35-1.5wt.％；其余为镁和杂质。
本发明的原理及优点在于：Mg-Zn系镁合金是目前工业上应用最为广泛的镁合金之一，Zr(锆)作为该系镁合金最常用的合金化元素，可显著细化晶粒从而提高力学性能。但晶粒的细化会显著增加晶界面积，使Mg-Zn系镁合金的电导率降低从而影响电磁屏蔽性能。稀土钐(Sm)的添加，可在晶界及晶粒内部形成稀土相。稀土相的析出一方面可起第二相强化作用，从而提高添加钐(Sm)之后的镁合金的力学性能；另一方面，稀土相的析出会消耗固溶于镁基体内的Zn原子，从而可明显的改善镁合金的电磁屏蔽性能。
通过添加适量(钐0.35-1.5wt.％，wt.％的含义是重量百分比)的稀土元素钐(Sm)对Mg-Zn系镁合金进行合金化。所制备的含Sm稀土镁合金，因稀土钐(Sm)含量较低，使最终合金密度不会显著增加，保留了镁合金质轻的优点，含钐(Sm)稀土相的析出能提高Mg-Zn镁合金的电磁屏蔽性能，在实际验证中我们还发现含钐(Sm)稀土相的析出还可改善镁合金力学性能。
本发明提供的高电磁屏蔽性能镁合金，通过在镁合金中添加适量的稀土元素钐(Sm)可显著提高镁合金的电磁屏蔽性能。
进一步，该镁合金中锌2.5wt.％，锆0.3wt.％，钐1.0wt.％，其余为镁和杂质。
进一步，该镁合金中锌2.8wt.％，锆0.4wt.％，钐0.9wt.％，其余为镁和杂质。
本发明的目的之二是提供一种既具有较高的力学性能，同时具有高电磁屏蔽性能的镁合金的制备方法，包括如下步骤：
1)按锌2.5-3.5wt.％；锆0.15-0.35wt.％；钐0.35-1.5wt.％，余量为镁和杂质的组分要求称取纯镁锭、纯锌粒、Mg-Zr中间合金、Mg-Sm中间合金，备用；
2)将步骤1)称取的各个原材料分别进行干燥预热2h，备用；
3)将步骤2)预热好的纯镁锭放入不锈钢坩埚中，在保护气体的保护下加热升温，待纯镁锭完全熔化后添加步骤2)预热好的纯锌粒、Mg-Zr中间合金及Mg-Sm中间合金，保温10-20min；待纯镁锭、Mg-Zr中间合金及Mg-Sm中间合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置10min，再将熔体浇注到金属模具中，自然冷却，得到镁合金铸锭。
本发明提供的镁合金制备工艺简单、成本低。
进一步，所述干燥预热温度为200℃，所述干燥预热为一个步骤，其能够同时达到干燥和预热的效果。经过试验验证，这样的干燥温度既能够达到干燥效果，也能够防止出现其他副反应。
进一步，所述保护气体为CO2和SF6混合气体，所述加热升温为加热至710℃。CO2和SF6混合气体能够防止纯镁锭在加热过程中出现氧化反应。
进一步，所述金属模具在浇注前，已经升温至350℃进行预热。对模具进行预热，防止在浇注时发生意外。
进一步，CO2+SF6混合气体中，CO2与SF6气体的体积为99︰1。经过试验验证，这样的比例的保护气体，在能够达到较好的保护效果的同时，成本也较低。
进一步，将熔体浇注到金属模具中采用的是底注法。这样生产出的产品质量较好。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
实施例1
一种含Sm的高电磁屏蔽性能镁合金，该镁合金中含有：锌2.5wt.％；锆0.3wt.％；钐0.4wt.％；其余为镁和不可避免杂质。
本实施例所述的杂质是不可避免的，主要是杂质在合金的冶炼中是不可避免的存在的，就如同钢和生铁中也仅是含碳量不同导致了韧性不同一样，因此说杂质是不可避免的。
一种含Sm的高电磁屏蔽性能镁合金的制备方法，包括如下步骤：1)按上述成分含量要求称取纯镁锭、纯锌粒、Mg-Zr中间合金、Mg-Sm中间合金、备用；
2)将步骤1)称取的原材料分别置于200℃条件下干燥预热2h，备用；
3)将步骤2)预热好的纯镁锭放入不锈钢坩埚中，在CO2和SF6混合气体(CO2与SF6气体的体积为99︰1)保护下加热至710℃，待纯镁完全熔化后添加步骤2)预热好的纯锌粒、Mg-Zr中间合金及Mg-Sm中间合金，保温15min；待合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置10min，再将熔体浇注至预热温度为350℃的金属型模具中，自然冷却，得到镁合金铸锭。
实施例2
与实施例1相比，不同之处仅在于，该镁合金中含有：锌2.8wt.％；锆0.4wt.％；钐0.9wt.％；其余为镁和不可避免杂质。
实施例3
与实施例1相比，不同之处仅在于，该镁合金中含有：锌2.5wt.％；锆0.3wt.％；钐1.0wt.％；其余为镁和不可避免杂质。
对比例1
一种锌镁合金，该镁合金中含有：锌2.8wt.％；其余为镁和不可避免杂质。
其制备方法如下：
1)按上述成分含量要求称取纯镁锭、纯锌粒、备用；
2)将步骤1)称取的原材料分别置于200℃条件下干燥预热2h，备用；
3)将步骤2)预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在CO2和SF6混合气体保护下加热至710℃，待纯镁完全熔化后添加步骤2)预热好的纯锌粒，保温15min；待合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置10min，再将熔体浇注至预热温度为350℃的金属型模具中，自然冷却，得到镁合金铸锭。
对比例2
一种不含钐(Sm)镁合金，其成分含量为：锌2.8wt.％；锆0.3wt.％；其余为镁和不可避免杂质。
其制备方法如下：
1)按上述成分含量要求称取纯镁锭、纯锌粒、Mg-Zr中间合金、备用；
2)将步骤1)称取的原材料分别置于200℃条件下干燥预热2h，备用；
3)将步骤2)预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在CO2和SF6混合气体保护下加热至710℃，待纯镁完全熔化后添加步骤2)预热好的纯锌粒、Mg-Zr中间合金，保温15min；待合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置10min，再将熔体浇注至预热温度为350℃的金属型模具中，自然冷却，得到镁合金铸锭。
为方便直观的对比，我们将实施例1-3及对比例1-2中除镁外的各组分及含量进行列表说明，如表1所示：
锌(wt.％) 锆(wt.％) 钐(wt.％)
实施例1 2.5 0.3 0.4
实施例2 2.8 0.4 0.9
实施例3 2.5 0.3 1.0
对比例1 2.8 0 0
对比例2 2.8 0.3 0
本发明的一种高电磁屏蔽性能的含稀土Sm镁合金的电磁屏蔽性能测试方法：采用ASTM D4935-2010标准加工测试试样，在NA7300A矢量网络分析仪和DR-S01法兰同轴夹具中测试，测试样品频率范围为30-1500MHz。
实施例1-3以及对比例1-2得到镁合金在不同频率下的电磁屏蔽性能列于表2，从表2中可以看出，Sm的添加在保留了Zr晶粒细化作用的同时提高了镁合金的电磁屏蔽性能。
表2为实施例1-3及对比例1-2所提供的镁合金在不同频率下的电磁屏蔽性能。
通过实施例1和实施例3可以得出结论，镁合金中钐含量的过量增加会略微的降低镁合金的电磁屏蔽性能。
通过实施例2和对比例1可以得出结论，镁合金中添加适量锆和钐可显著提高镁合金的电磁屏蔽性能。
通过实施例2和对比例2可以得出结论，镁合金中添加适量钐可显著提高镁合金的电磁屏蔽性能。
为了验证制备方法对产品的影响，我们选取了实施例1中组分，改变制备方法，以期获得更优异的制备，其过程和结果如下。
对比例3
与实施例1相比，不同之处仅在于，在步骤2)中，原材料的干燥预热温度为100℃，干燥预热的时间为2h。
对比例4
与实施例1相比，不同之处仅在于，保护气体仅为CO2。
对比例5
与实施例1相比，不同之处仅在于，未进行步骤2)。
对对比例3-5制备的产品，依然进行与实施例1-3和对比例1-2相同的电磁屏蔽性能测试。得到如表2所述结果。
通过对比例3-5与实施例1对比，可以得出结论，本发明中提供的干燥预热温度、时间，以及保护气体对产品的电磁屏蔽性能是有着较好的提升的。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种高电磁屏蔽性能镁合金，其特征在于，含有锌2.5-3.5wt.％；锆0.15-0.35wt.％；钐0.35-1.5wt.％；其余为镁和杂质；按如下步骤制备：
1)按锌2.5-3.5wt.％；锆0.15-0.35wt.％；钐0.35-1.5wt.％，余量为镁和杂质的组分要求称取纯镁锭、纯锌粒、Mg-Zr中间合金、Mg-Sm中间合金，备用；
2)将步骤1)称取的原材料分别进行干燥预热2h，备用；
3)将步骤2)预热好的纯镁锭放入不锈钢坩埚中，在保护气体的保护下加热升温，待镁完全熔化后添加步骤2)预热好的纯锌粒、Mg-Zr中间合金及Mg-Sm中间合金，保温10-20min；待合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置10min，再将熔体浇注金属型模具中，自然冷却，得到镁合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的高电磁屏蔽性能镁合金，其特征在于，该镁合金中锌2.5wt.％，锆0.3wt.％，钐1.0wt.％，其余为镁和杂质。
3.根据权利要求1所述的高电磁屏蔽性能镁合金，其特征在于，该镁合金中锌2.8wt.％，锆0.4wt.％，钐0.9wt.％，其余为镁和杂质。
4.一种高电磁屏蔽性能镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按锌2.5-3.5wt.％；锆0.15-0.35wt.％；钐0.35-1.5wt.％，余量为镁和杂质的组分要求称取纯镁锭、纯锌粒、Mg-Zr中间合金、Mg-Sm中间合金，备用；
2)将步骤1)称取的原材料分别进行干燥预热2h，备用；
3)将步骤2)预热好的纯镁锭放入不锈钢坩埚中，在保护气体的保护下加热升温，待镁完全熔化后添加步骤2)预热好的纯锌粒、Mg-Zr中间合金及Mg-Sm中间合金，保温10-20min；待合金全部熔化后搅拌均匀并除去表面浮渣，然后静置10min，再将熔体浇注金属型模具中，自然冷却，得到镁合金铸锭。
5.根据权利要求4所述的高电磁屏蔽性能镁合金的制备方法，其特征在于，所述干燥预热温度为200℃。
6.根据权利要求4所述的高电磁屏蔽性能镁合金的制备方法，其特征在于，所述保护气体为CO2和SF6混合气体，所述加热升温为加热至710℃。
7.根据权利要求4-5任一项所述的高电磁屏蔽性能镁合金的制备方法，其特征在于，所述金属模具在浇注前，已经升温至350℃进行预热。
8.根据权利要求4-5任一项所述的高电磁屏蔽性能镁合金的制备方法，其特征在于，CO2和SF6混合气体中，CO2与SF6气体的体积为99︰1。
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