CN107974596A

CN107974596A - 一种高性能铰链

Info

Publication number: CN107974596A
Application number: CN201711226108.2A
Authority: CN
Inventors: 陈思妤; 李金龙; 陈斌; 干勐俊; 林楠
Original assignee: NINGBO YINZHOU LONGMAO STAMPING FACTORY
Current assignee: NINGBO YINZHOU LONGMAO STAMPING FACTORY
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2018-05-01

Abstract

本发明公开了一种高性能铰链，属于金属材料技术领域。铰链的原料成分及百分含量为：Si：0.1‑0.3％、Zn：0.1‑0.3％、Zr：0.05‑0.07％、Ca：0.2‑0.4％、Li：0.02‑0.04％、RE：0.04‑0.06％、余量为Mg和杂质。Ca在Mg中的固溶度非常小，与Mg形成Mg₂Ca化合物。在镁合金中，有明显细化晶粒作用，还可以明显提高镁合金的熔点，形成CaO的保护膜，起到阻燃作用。Zr是最有效的晶粒细化剂，还能与合金中的Fe乃至H、O元素形成化合物而净化熔体。而RE具有净化合金熔液，改善合金组织，提高合金在不同温度下的力学性能，增强合金耐腐蚀性能。同时，通过急速冷冻的物理方法完成对镁的初步提纯，提升合金的性能。

Description

一种高性能铰链

技术领域

本发明涉及一种高性能铰链，属于金属材料领域。

背景技术

铰链又称合页，是用来连接两个固体并允许两者之间做相对转动的机械装置。铰链可由可移动的组件构成，或者由可折叠的材料构成。合页主要安装于门窗上，而铰链更多安装于橱柜上。而门窗或橱柜在日常生活生产中往往使用频率很高，作为传动作用的铰链则至关重要，其材质的组成决定了使用效果和使用寿命。普通的铰链通常由钢、铁、铝等制成。

虽然钢、铝等材料的强度与硬度较为复合要求，但是两者的韧性稍显不足，其耐磨性与耐蚀性能也有所欠缺。

针对传统镁合金硬度低，不耐磨等缺点，公开号106244936A公开了一种通过提高合金球中碳、铬、钼的含量来提高产品的强度、硬度和耐磨性。然而，单纯的添加某些元素并不能很好的解决镁合金的强度、硬度、韧性、耐腐蚀性的问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供高强度、高韧性、耐腐蚀、高硬度的镁合金高性能铰链。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高性能铰链，所述的铰链由如下成分及其质量百分比组成：Si：0.1-0.3％、Zn：0.1-0.3％、Zr：0.05-0.07％、Ca：0.2-0.4％、Li：0.02-0.04％、RE：0.04-0.06％、余量为Mg和杂质。

Ca在Mg中的固溶度非常小，与Mg形成Mg₂Ca化合物。在镁合金中，有明显细化晶粒作用，还可以明显提高镁合金的熔点，形成CaO的保护膜，起到阻燃作用。Li能大幅度降低合金的重量，并增加合金本身的塑性。Zr是最有效的晶粒细化剂，还能与合金中的Fe乃至H、O元素形成化合物而净化熔体。Zn可以提高产品的抗蠕变性能，可以增加熔体流动性，同时也是弱晶粒细化剂，有沉淀强化作用。而RE具有净化合金熔液，改善合金组织，提高合金在不同温度下的力学性能，增强合金耐腐蚀性能。

作为优选，在高性能铰链原料中，所述RE为铈、钇、钬中的一种或多种。RE是比Mg能更强烈地与氧、氢亲和的元素，能最大限度地除去镁合金中留存的杂质气体元素。

作为优选，在高性能铰链原料中，所述杂质包括H＜0.002％、Fe＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.002％。这几种杂质尤其是Fe的存在对镁合金的耐蚀性能降低最为明显，同时也造成晶粒粗大，并伴有显微缩孔。

本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案：

一种高性能铰链的制备工艺，所述的方法包括如下步骤：

(1)配料：按上述高性能铰链的成分及其质量百分比称取原料，将镁直接熔炼成镁液；

(2)预脱杂：将镁液升温，从液体底部鼓吹惰性气体，静置后进行急速冷冻得镁块；

(3)熔炼：将除RE外材料与镁块混合熔融成合金液，降低温度，再将RE单独熔融后加入合金液中，冷却后得镁合金板；

(4)热处理：先将镁合金板正火处理，再进行机械热轧处理，快冷处理，然后退火处理，对镁合金板进行循环热轧、快冷、退火处理后再经机械切削加工得铰链半成品；

(5)表面处理：激光直射半成品表面，再覆上纤维膜，冷却后得铰链成品。

传统的镁合金冶炼往往是将所有的金属、非金属原料一起加炉熔炼，容易造成原料中夹杂的杂质元素不能及时除尽，而通过另外添加除杂试剂势必会引入新的杂质元素。本发明的合金制备中预先对镁进行急速冷冻，利用物理方法以大幅降低可能含有的Fe与气体元素，完成对镁的初步提纯，并在熔炼时将RE与其他材料分开熔炼，能使得RE大部分聚集在合金表面及浅表层，不仅能细化晶粒，更是调节表面氧化膜的疏松性质，提升表面的耐磨、耐蚀性能。

具有高强度兼有高韧性、低脆性转变温度的镁合金是较理想的结构材料。要使材料获得这一综合性能，可以通过细化晶粒来完成。本发明通过热轧、快冷、退火的循环操作工艺，使得合金获得组织形变，并通过快冷固定组织形态，有利于合金的高温塑性的提升。

而表面处理中的高能激光能软化合金表面，软化的合金表面会与纤维膜有机结合，同时又不会改变纤维膜的组织结构和材质性能，对产品的表面抗蚀、耐磨性能有所增加。

作为优选，在步骤(2)中，预脱杂中所述急速冷冻具体为：将镁液用高熔点材料包裹，再浸泡于冷冻剂中，对急冷后的镁块进行杂质剥离。由于选用的镁材料其本身的纯度并不是很高，含有较多的杂质尤其是Fe的存在，会极大地影响合金的性能，而利用镁与铁的密度差异，在熔炼静置后有分层，再辅以急速冷冻，待镁液凝固后，其表面会有Fe等杂质附着，此时进行物理剥除即可提纯镁。

进一步优选，高熔点材料包括钨、铼中的一种，冷冻剂包括液氮、液态二氧化碳中的一种。用高熔点材料包裹镁液，能避免包裹材料因熔化而带入杂质，冷冻剂需选用较低温度下的材料，吸热效果好，冷却速度快。

作为优选，在步骤(3)中，熔炼中所述降低温度为合金液半凝固时的温度。在镁合金半凝固状态下再加入温度较高的RE加入，可以利用RE带来的高温进行微熔，避免所有的RE与合金混熔，而将大部分RE保留在合金浅表层和表层，有利于表面保护。

作为优选，在步骤(4)中，热处理中所述正火处理的温度为400-500℃，保温10-20min，热轧变形量为3-7％，退火处理的温度为250-350℃，保温5-15min，循环次数为2-4次。热轧过程压缩晶体的细化、快冷过程中的组织形态保留和退火过程再结晶细化轮流进行，降低镁合金形变和力学性能的各向异性，提高其抗拉强度、屈服强度及断裂延伸率。

作为优选，在步骤(4)中，热处理中所述快冷处理具体为：对热轧后的镁板鼓吹冷风，控制冷却速率为40-50℃/s，快冷至室温。一般要求在10s内将镁板降至室温或更低，有助于组织形态保留，避免组织架构畸变。

作为优选，在步骤(5)中，表面处理中所述纤维膜包括玻璃纤维膜、碳纤维膜、硅酸铝纤维膜中的一种。纤维膜的韧性极好，抗拉强度高，有利于产品的使用环境。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)镁合金中的添加元素很多本身就具备强烈的吸附杂质气体元素的性能。

(2)对镁进行急速冷冻除杂，以大幅降低可能含有的Fe与气体元素，达到镁的提纯效果。

(3)热轧、快冷、退火相结合的方式来达到镁合金的形变，降低镁合金形变和力学性能的各向异性，提高其抗拉强度、屈服强度及断裂延伸率。

(4)RE大部分聚集在合金表面及浅表层，不仅能细化晶粒，更是调节表面氧化膜的疏松性质，提升表面的耐磨、耐蚀性能。

(5)合金表面与纤维膜有机结合，同时又不会改变纤维膜的组织结构和材质性能，对产品的表面抗蚀、耐磨性能有所增加。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

配料：按上述铰链的成分及其质量百分比称取原料，包括Si：0.2％、Zn：0.2％、Zr：0.06％、Ca：0.3％、Li：0.03％、RE：0.05％、余量为Mg和杂质，其中RE为铈，杂质包括H＜0.002％、Fe＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.002％。将镁直接熔炼成镁液。

预脱杂：将镁液升温，从液体底部鼓吹惰性气体，静置后用钨包裹，再浸泡于液氮中，待镁液凝固后进行杂质剥离得镁块。

熔炼：将除RE外的材料与镁块混合熔融成合金液，降低温度直至合金液呈半固态，再将RE单独熔融后均匀加入合金液中，冷却后得镁合金板。

热处理：先将镁合金板在温度为450℃下正火处理，保温15min，再进行机械热轧处理，变形量为5％，然后鼓吹冷风，控制冷却速率为45℃/s，冷却至室温，然后在300℃下退火处理，保温10min，循环热轧、快冷、退火处理3次后再经机械切削加工得铰链半成品。

表面处理：激光直射半成品表面，再覆上玻璃纤维膜，冷却后得铰链成品。

实施例2

配料：按上述铰链的成分及其质量百分比称取原料，包括Si：0.1％、Zn：0.1％、Zr：0.05％、Ca：0.2％、Li：0.02％、RE：0.04％、余量为Mg和杂质，其中RE为钇，杂质包括H＜0.002％、Fe＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.002％。将镁直接熔炼成镁液。

表面处理：激光直射半成品表面，再覆上碳纤维膜，冷却后得铰链成品。

实施例3

配料：按上述铰链的成分及其质量百分比称取原料，包括Si：0.3％、Zn：0.3％、Zr：0.07％、Ca：0.4％、Li：0.04％、RE：0.06％、余量为Mg和杂质，其中RE为铈，杂质包括H＜0.002％、Fe＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.002％。将镁直接熔炼成镁液。

表面处理：激光直射半成品表面，再覆上硅酸铝纤维膜，冷却后得铰链成品。

实施例4

配料：按上述铰链的成分及其质量百分比称取原料，包括Si：0.2％、Zn：0.2％、Zr：0.06％、Ca：0.3％、Li：0.03％、RE：0.05％、余量为Mg和杂质，其中RE为钬，杂质包括H＜0.002％、Fe＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.002％。将镁直接熔炼成镁液。

热处理：先将镁合金板在温度为400℃下正火处理，保温10min，再进行机械热轧处理，变形量为3％，然后鼓吹冷风，控制冷却速率为40℃/s，冷却至室温，然后在250℃下退火处理，保温5min，循环热轧、快冷、退火处理2次后再经机械切削加工得铰链半成品。

实施例5

配料：按上述铰链的成分及其质量百分比称取原料，包括Si：0.2％、Zn：0.2％、Zr：0.06％、Ca：0.3％、Li：0.03％、RE：0.05％、余量为Mg和杂质，其中RE为钇，杂质包括H＜0.002％、Fe＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.002％。将镁直接熔炼成镁液。

热处理：先将镁合金板在温度为500℃下正火处理，保温20min，再进行机械热轧处理，变形量为7％，然后鼓吹冷风，控制冷却速率为50℃/s，冷却至室温，然后在350℃下退火处理，保温15min，循环热轧、快冷、退火处理4次后再经机械切削加工得铰链半成品。

对比例1

与实施例1的区别仅在于，对比例1不进行预脱杂操作。

对比例2

与实施例1的区别仅在于，对比例2直接将RE与原材料混合熔融。

对比例3

与实施例1的区别仅在于，对比例3热处理为普通正火、退火处理。

实施例4

与实施例1的区别仅在于，对比例4表面处理仅喷漆。

将实施例1-5及对比例1-4的产品进行测试，测试其强度、韧性、耐腐蚀性和硬度，结果如表1所示：

表1：实施例1-5及对比例1-4中产品的性能

从中可以看出，本发明利用物理方法以大幅降低可能含有的杂质，完成对镁的初步提纯，并使得RE大部分聚集在合金表面及浅表层，调节表面氧化膜的疏松性质，提升表面的耐磨、耐蚀性能。通过表面覆盖纤维膜，增强产品耐蚀性。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims

1.一种高性能铰链，其特征在于，所述的铰链由如下成分及其质量百分比组成：Si：0.1-0.3％、Zn：0.1-0.3％、Zr：0.05-0.07％、Ca：0.2-0.4％、Li：0.02-0.04％、RE：0.04-0.06％、余量为Mg和杂质。

2.根据权利要求1所述的高性能铰链，其特征在于，所述RE为铈、钇、钬中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的高性能铰链，其特征在于，所述杂质包括H＜0.002％、Fe＜0.001％、N＜0.001％、O＜0.002％。

4.一种高性能铰链的制备工艺，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

(1)配料：按权利要求1所述高性能铰链的成分及其质量百分比称取原料，将镁直接熔炼成镁液；

5.根据权利要求4所述的高性能铰链的制备工艺，其特征在于，预脱杂中所述急速冷冻具体为：将镁液用高熔点材料包裹，再浸泡于冷冻剂中，对急冷后的镁块进行杂质剥离。

6.根据权利要求5所述的高性能铰链的制备工艺，其特征在于，高熔点材料包括钨、铼中的一种，冷冻剂包括液氮、液态二氧化碳中的一种。

7.根据权利要求4所述的高性能铰链的制备工艺，其特征在于，熔炼中所述降低温度为合金液半凝固时的温度。

8.根据权利要求4所述的高性能铰链的制备工艺，其特征在于，热处理中所述正火处理的温度为400-500℃，保温10-20min，热轧变形量为3-7％，退火处理的温度为250-350℃，保温5-15min，循环次数为2-4次。

9.根据权利要求4所述的高性能铰链的制备工艺，其特征在于，热处理中所述快冷处理具体为：对热轧后的镁板鼓吹冷风，控制冷却速率为40-50℃/s，快冷至室温。

10.根据权利要求4所述的高性能铰链的制备工艺，其特征在于，表面处理中所述纤维膜包括玻璃纤维膜、碳纤维膜、硅酸铝纤维膜中的一种。