CN108265213A - 一种高强阻燃变形镁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强阻燃镁合金及其制备方法。所述镁合金，以重量百分含量计，所述镁合金含有3.0‑3.9wt%的Al，1.0‑2.0wt%的Zn，0.5‑1.0wt%的Mn，1.8‑2.3%的Ca，0.3‑2.2%的Ce，余量为镁及和其它不可避免的杂质元素。本发明提供的高强阻燃镁合金，在具有高强度的同时具有很好的阻燃性能。

Description

一种高强阻燃变形镁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于镁合金领域，更具体地，本发明涉及一种高强阻燃变形镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金因其具有质量轻、比强度和比刚度高，以及优良的消震性、机加工性、易回收利用等优点，被广泛应用于汽车、航空航天、3C产品和国防军工等众多领域，是目前全球公认最具发展潜力的轻金属材料之一。同时镁合金作为一种新兴金属结构材料，自身也存在一些不足之处，如室温强度低，阻燃性能差等缺点。开发一种高强阻燃镁合金对缓解我国日益严峻的环境和能源危机具有重要意义。
发明内容
本发明只在针对上述镁合金存在的缺陷，提供一种高强阻燃镁合金及其制备方法。
本发明提供一种高强阻燃镁合金，以重量百分含量计，所述镁合金含有3.0-3.9wt%的Al，1.0-2.0wt%的Zn，0.5-1.0wt% 的Mn，1.8-2.3%的Ca，0.3-2.2% 的Ce，余量为镁及和其它不可避免的杂质元素。
本发明还提供了一种高强阻燃镁合金的制备方法，该方法包括将镁合金原料熔炼制备镁合金铸锭，所述镁合金原料的组成使得得到的镁合金铸锭含有3.0-3.9wt%的Al，1.0-2.0wt%的Zn，0.5-1.0wt% 的Mn，1.8-2.3%的Ca，0.3-2.2% 的Ce，余量为镁及和其它不可避免的杂质元素。
本发明提供的高强阻燃镁合金，在具有高强度的同时具有很好的阻燃性能。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种高强阻燃镁合金，以重量百分含量计，所述镁合金含有3.0-3.9wt%的Al，1.0-2.0wt%的Zn，0.5-1.0wt% 的Mn，1.8-2.3%的Ca，0.3-2.2% 的Ce，余量为镁及和其它不可避免的杂质元素。
本发明所提供的镁合金，通过控制Al的含量为3.0-3.9wt%和Zn的含量为1.0-2.0wt%，并适当加入Ca和Ce，在具有高强度的同时具有很好的阻燃性能和抗氧化性能。Ca元素的加入提高了合金熔体凝固界面前沿的成分过冷度，促进形核；同时，Ca元素能够抑制合金热加工过程的再结晶，细化再结晶晶粒；另外，Ca元素能够形成致密的氧化膜，阻碍合金熔体氧化燃烧，提高合金阻燃性能。Ce能提高合金熔体的致密度和结合力，增强合金相应的抗氧化性能。
根据本发明所提供的镁合金，为了保证合金具有较高强度的同时，进一步提高合金熔体表面的致密度和结合力，增强合金相应的抗氧化性能，优选地，以重量百分含量计，所述镁合金含有3.0-3.9wt%的Al，1.0-2.0wt%的Zn，0.5-1.0wt% 的Mn，1.8-2.3%的Ca，0.9-1.3% 的Ce，不可避免的杂质元素≤0.1wt%，余量为镁。
根据本发明所提供的镁合金，优选地，所述镁合金的屈服强度为226 -235MPa，阻燃温度为810-825℃。
本发明还提供了一种高强阻燃镁合金的制备方法，该方法包括将镁合金原料熔炼制备镁合金铸锭，所述镁合金原料的组成使得得到的镁合金铸锭含有3.0-3.9wt%的Al，1.0-2.0wt%的Zn，0.5-1.0wt% 的Mn，1.8-2.3%的Ca，0.3-2.2% 的Ce，余量为镁及和其它不可避免的杂质元素。
本发明中，由于镁等金属很容易被氧化，为了保证合金的性能，在熔炼前还包括将原料进行表面打磨，去除原料表层氧化皮，并置于温度为180-220℃的干燥箱中保温1-2h去除金属表面的水分，防止镁熔体遇水爆炸。
本发明中，所述熔炼的条件为：在CO2+0.5%SF6混合气体的环境中进行，熔炼温度为760-780℃，熔炼时间为10-20 min。
本发明中，镁合金在熔炼时，会在镁合金表面会形成一层氧化皮，该氧化皮会影响挤出板材的表面质量，因此，优选地，在熔炼之后还包括对镁合金铸锭进行表面处理的步骤。具体的表面处理方法没有特别的限制，只要能去除镁合金表面的氧化皮即可，如可以是用车床车去表面的氧化皮等。
本发明中，该方法还包括将所述的镁合金铸锭进行成型为镁合金件，上述成型的方法没有特别的限制，可以为本领域常用的各种合金成型方法，在本发明中进一步优选所述成型的方法为轧制成型或挤出成型。在本发明中，采用挤出成型的方法，所述挤压成型的条件为：挤压温度350℃~380℃，挤压速度17~40mm/s。
本发明中，在挤压之前还需对镁合金铸锭进行均匀化处理；均匀化处理可以消除成分、组织偏析等铸造缺陷，从而提高合金可挤压性。所述均匀化处理的方法为：将镁合金铸锭在400-440℃保温10-14小时。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1
经配料计算后，按重量称取各中间合金及金属单质，然后按照上述提供的镁合金熔炼制样过程进行熔炼制得镁合金铸锭，各中间合金及金属单质重量使得到的镁合金中各元素的含量如表1。具体步骤如下：
1）原材料熔炼前需打磨干净，并置于温度为200℃的干燥箱中保温1h，然后将原材料置于真空感应炉中熔炼，熔炼过程使用CO2+0.5%SF6混合气体进行保护，浇铸温度为780℃，后将铸锭空冷至室温。
2）去皮：车去1）步骤所得铸锭表层氧化皮至挤压加工尺寸。
3）均匀化：将2）步骤所得铸锭置于热处理炉中均匀化处理，加热温度420℃，保温时间12h，保温后出炉空冷。
4）热挤压：使用卧式正挤压机挤压加工3）步骤所得铸锭，挤压温度360℃，挤压速度30mm/s，制备得到镁合金件A1。
实施例2
按照实施例1的方法制备得到镁合金件A2，区别在于所加原料使得到的镁合金中各元素如表1所示。
实施例3
按照实施例1的方法制备得到镁合金件A3，区别在于所加原料使得到的镁合金中各元素如表1所示。
实施例4
按照实施例1的方法制备得到镁合金件A4，区别在于所加原料使得到的镁合金中各元素如表1所示。
实施例5
按照实施例1的方法制备得到镁合金件A5，区别在于所加原料使得到的镁合金中各元素如表1所示。
实施例6
按照实施例1的方法制备得到镁合金件A6，区别在于所加原料使得到的镁合金中各元素如表1所示。
实施例7
按照实施例1的方法制备得到镁合金件A7，区别在于所加原料使得到的镁合金中各元素如表1所示。
对比例1
按照实施例1的方法制备得到镁合金件CA1，区别在于所加原料使得到的镁合金中各元素如表1所示。
对比例2
按照实施例1的方法制备得到镁合金件CA2，区别在于所加原料使得到的镁合金中各元素如表1所示。
对比例3
按照实施例1的方法制备得到镁合金件CA3，区别在于所加原料使得到的镁合金中各元素如表1所示。
表1
。
性能测试
1、室温力学性能
参照《GB/T 228.1-2010 金属材料 拉伸试验 第一部分：室温试验方法》测试镁合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率。将本发明实施例1-7及对比例1-3挤压加工后的板材经线切割制成标准拉伸试样，拉伸试样的轴线方向与挤压方向一致。结果见表2。
2、阻燃性能
将试样置于炉膛中升温加热，用热电偶记录试样的温度随时间的变化。在加热温度与时间曲线上会出现一个拐点，该拐点就是合金的起燃点。测试结果见表2。
表2
。
经实施例1-7与对比例1-3的结果对比可以看出，Mg-Al-Zn-Ca合金中Ca含量达到2.2 wt%时，合金具有优良的综合力学性能，其中屈服强度达到258MPa，延伸率为13.2%。复合添加稀土Ce元素后，合金的阻燃性能得到明显提高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种高强阻燃镁合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述镁合金含有3.0-3.9wt%的Al，1.0-2.0wt%的Zn，0.5-1.0wt% 的Mn，1.8-2.3%的Ca，0.3-2.2% 的Ce，余量为镁及和其它不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述镁合金含有3.0-3.9wt%的Al，1.0-2.0wt%的Zn，0.5-1.0wt% 的Mn，1.8-2.3%的Ca，0.9-1.3% 的Ce，不可避免的杂质元素≤0.1wt%，余量为镁。
3.根据权利要求1或2所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金的屈服强度为226-235MPa，阻燃温度为810-825℃。
4.一种高强阻燃镁合金的制备方法，其特征在于：该方法包括将镁合金原料熔炼制备镁合金铸锭，所述镁合金原料的组成使得得到的镁合金铸锭含有3.0-3.9wt%的Al，1.0-2.0wt%的Zn，0.5-1.0wt% 的Mn，1.8-2.3%的Ca，0.3-2.2% 的Ce，余量为镁及和其它不可避免的杂质元素。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的条件为：在CO2+0.5%SF6混合气体的环境中进行，熔炼温度为760-780℃，保温时间为10 -20 min。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在熔炼之前还包括对熔炼原料进行表面处理的步骤。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在熔炼之后还包括对镁合金铸锭进行表面处理的步骤。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，该方法还包括将所述的镁合金铸锭进行成型为镁合金件，所述成型的方法挤出成型；所述挤出成型的条件为：挤压温度350-380℃，挤压速度17-40mm/s。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在挤出成型之前还包括对铸锭进行均匀化处理；所述均匀化处理的方法为：将镁合金铸锭在400-440℃保温10-14小时。
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