CN109321795B - 一种具有电磁屏蔽性能的镁合金 - Google Patents

一种具有电磁屏蔽性能的镁合金 Download PDF

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Abstract

本发明涉及镁合金制备技术领域，具体涉及一种具有电磁屏蔽性能的镁合金，所述镁合金由Mg、Sm、Tb和Gd组成，各组分的质量百分含量为：Sm：0.42‑0.54％；Tb：0.45‑0.59％；Gd：0.33‑0.47％，其余为Mg和不可避免的杂质；不可避免的杂质为Fe、Si等，其总量＜0.05％；本发明通过合理的成分选择，提高了自身综合力学性能和组织均匀性；再通过合理的工艺参数配置，节约了成本，进一步改善了组织均匀性能；通过合理的表面改性，使得镁合金具有耐高温性、电磁屏蔽、耐氧化性。

Description

一种具有电磁屏蔽性能的镁合金
技术领域
本发明涉及镁合金制备技术领域，具体涉及一种具有电磁屏蔽性能的镁合金。
背景技术
如今，电磁波干扰对电子设备和人体的伤害已成为人们广泛关注的热点，电磁屏蔽材料可被广泛应用于保护敏感工作区、环境和电子通讯设备。电磁屏蔽是利用屏蔽材料将电磁辐射场源产生的电磁能流限制在某一规定的空间内，使其不能进入被屏蔽区域。
镁合金因其密度小和优良的全频电磁屏蔽效能被认为是最有潜力的电磁屏蔽材料。专利号CN201010210932.0公开了起动机壳体镁合金配方，起动机壳体镁合金配方，采用的成分包括镁、铝、锌、锰、稀土、铁、硅、铜、镍，不含钙、锶。采用AZ91D(镁合金)做起动机前盖，质量只有0.4kg，易切削，无粉尘，工人劳动强度低。起动机前盖采用镁合金材料每个起动机能减轻质量2kg，易切削，无粉尘，工人劳动强度低。镁合金具有很高的比强度和比刚度(仅次于钛合金位于金属材料第二位)，阻尼减震性能好、导热性好、电磁屏蔽能力强，而且容易回收，与环境兼容性好，据统计，汽车自重每减少10％，油耗可减少5.5％燃料经济性可提高3％-5％，同时降低排放10％左右。这对节约能源，降低环境污染方面均有实际意义。
但现有技术中，镁合金电磁屏蔽材料仍然存在以下方面的不足：1)镁合金单位体积的电磁屏蔽效能仍然低于Cu、Ni等成熟的电磁屏蔽材料，而加入Al、Zn等合金元素又会降低合金的电导率，导致镁合金的电磁屏蔽性能降低；2)电磁屏蔽材料对合金元素含量的变化及材料组织的均匀性要求较高，但镁合金中组织结构不均匀。
因此，提高镁合金单位体积的电磁屏蔽性能和镁合金组织结构的均匀性是成功推广镁合金在电磁屏蔽领域应用的关键。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有电磁屏蔽性能的镁合金。
具体按照以下技术方案实现：
本发明提供了具有电磁屏蔽性能的镁合金，所述镁合金由Mg、Sm、Tb和Gd组成，各组分的质量百分含量为：Sm：0.42-0.54％；Tb：0.45-0.59％；Gd：0.33-0.47％，其余为Mg和不可避免的杂质；不可避免的杂质为Fe、Si等，其总量＜0.05％。
所述具有电磁屏蔽性能的镁合金的制备方法为：
S1铸锭制备：将工业纯镁、Sm-Mg合金中间体、Tb-Mg合金中间体、Gd-Mg合金中间体置于熔炼炉中，于温度为630-670℃条件下进行熔炼，得到均匀的合金液；再将合金液倒入冷室压铸机进行压铸，得镁合金铸锭；
S2表面处理：将镁合金铸锭放入模具中，然后在模具中加入碳纤维溶液，在负压条件下渗积15-20min，处理结束后恢复常压，取出镁合金铸锭；
S3均匀化处理：将表面处理后的镁合金铸锭在热处理炉中，先加热至260-270℃，保温4-6h，水淬至室温；再加热至210-220℃，保温2-3h，水淬至室温；再加热至150-165℃，保温处理8-10h。
所述压铸的工作条件为：温度为545-560℃，压铸时间为25-35s、压射速度为2-3m/s。
所述负压为-0.1至-0.18Mpa。
所述碳纤维溶液，各原料的重量份配比为：甘蔗渣10-15份、煤矸石6-8份、二氧化硅1.3-1.8份、叔碳酸乙烯酯0.2-0.5份、PP树脂0.6-1份、分散剂0.6-0.8份、金属催化剂0.1-0.2份、质量浓度45-50％乙醇溶液120-140份。
所述碳纤维溶液的制备方法为：
A1：将甘蔗渣、煤矸石研磨至过600目筛，混合均匀后置于燃烧炉中燃烧0.8-1h，然后空冷至常温，加入乙醇溶液、叔碳酸乙烯酯、分散剂、金属催化剂混合均匀，经超声波处理10-15s后，低温热处理1-2h，加入二氧化硅、PP树脂，然后在混合气体保护下于温度为200-220℃下加热30-45min。
所述超声波处理的频率为25-30KHz。
所述低温热处理的温度60-68℃。
所述混合气体为由氖气、氩气、氮气组成的混合体系。
本发明的有益效果在于：
本发明通过合理的成分选择，提高了自身综合力学性能和组织均匀性；再通过合理的工艺参数配置，节约了成本，进一步改善了组织均匀性能；通过合理的表面改性，使得镁合金具有耐高温性、电磁屏蔽、耐氧化性。
本发明将稀土元素加入镁合金中，形成了Mg-Re高温相，提升了镁合金的耐高温性能以及改善了合金组织的均匀性；利用碳纤维材料进行表面处理，在合金表面形成具有耐高温、抗氧化、电磁屏蔽、导电性能的膜组织；利用均匀化处理，使得合金组织均匀化和膜材料均匀化，避免了碳纤维溶液的团聚和絮凝；并且，利用降温的形式进行均匀化处理，避免了晶界迁移和减小了合金形变。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供了具有电磁屏蔽性能的镁合金，所述镁合金由Mg、Sm、Tb和Gd组成，各组分的质量百分含量为：Sm：0.54％；Tb：0.59％；Gd：0.47％，其余为Mg和不可避免的杂质；不可避免的杂质为Fe、Si等，其总量＜0.05％。
所述具有电磁屏蔽性能的镁合金的制备方法为：
S1铸锭制备：将工业纯镁、Sm-Mg合金中间体、Tb-Mg合金中间体、Gd-Mg合金中间体置于熔炼炉中，于温度为670℃条件下进行熔炼，得到均匀的合金液；再将合金液倒入冷室压铸机进行压铸，得镁合金铸锭；所述压铸的工作条件为：温度为560℃，压铸时间为35s、压射速度为3m/s；
S2表面处理：将镁合金铸锭放入模具中，然后在模具中加入碳纤维溶液，在-0.18Mpa的负压条件下渗积20min，处理结束后恢复常压，取出镁合金铸锭；
S3均匀化处理：将表面处理后的镁何静铸锭在热处理炉中，先加热至270℃，保温6h，水淬至室温；再加热至220℃，保温3h，水淬至室温；再加热至165℃，保温处理10h；
所述碳纤维溶液，各原料的重量份配比为：甘蔗渣15kg、煤矸石8kg、二氧化硅1.8kg、叔碳酸乙烯酯0.5kg、PP树脂1kg、分散剂0.8kg、金属催化剂0.2kg、质量浓度50％乙醇溶液140kg；
所述碳纤维溶液的制备方法为：
A1：将甘蔗渣、煤矸石研磨至过600目筛，混合均匀后置于燃烧炉中燃烧1h，然后空冷至常温，加入乙醇溶液、叔碳酸乙烯酯、分散剂、金属催化剂混合均匀，经于30KHz的条件下超声波处理15s后，于68℃的低温热处理2h，加入二氧化硅、PP树脂，然后在由氖气、氩气、氮气组成的混合气体保护下于温度为220℃下加热45min。
实施例2
本实施例提供了具有电磁屏蔽性能的镁合金，所述镁合金由Mg、Sm、Tb和Gd组成，各组分的质量百分含量为：Sm：0.42％；Tb：0.45％；Gd：0.33％，其余为Mg和不可避免的杂质；不可避免的杂质为Fe、Si等，其总量＜0.05％。
所述具有电磁屏蔽性能的镁合金的制备方法为：
S1铸锭制备：将工业纯镁、Sm-Mg合金中间体、Tb-Mg合金中间体、Gd-Mg合金中间体置于熔炼炉中，于温度为630℃条件下进行熔炼，得到均匀的合金液；再将合金液倒入冷室压铸机进行压铸，得镁合金铸锭；所述压铸的工作条件为：温度为545℃，压铸时间为25s、压射速度为2m/s；
S2表面处理：将镁合金铸锭放入模具中，然后在模具中加入碳纤维溶液，在-0.1Mpa的负压条件下渗积15min，处理结束后恢复常压，取出镁合金铸锭；
S3均匀化处理：将表面处理后的镁何静铸锭在热处理炉中，先加热至260℃，保温4h，水淬至室温；再加热至210℃，保温2h，水淬至室温；再加热至150℃，保温处理8h；
所述碳纤维溶液，各原料的重量份配比为：甘蔗渣10kg、煤矸石6kg、二氧化硅1.3kg、叔碳酸乙烯酯0.2kg、PP树脂0.6kg、分散剂0.6kg、金属催化剂0.1kg、质量浓度45％乙醇溶液120kg；
所述碳纤维溶液的制备方法为：
A1：将甘蔗渣、煤矸石研磨至过600目筛，混合均匀后置于燃烧炉中燃烧0.8-1h，然后空冷至常温，加入乙醇溶液、叔碳酸乙烯酯、分散剂、金属催化剂混合均匀，经于25KHz的条件下超声波处理10s后，于60℃的低温热处理1h，加入二氧化硅、PP树脂，然后在由氖气、氩气、氮气组成的混合气体保护下于温度为200℃下加热30min。
实施例3
本实施例提供了具有电磁屏蔽性能的镁合金，所述镁合金由Mg、Sm、Tb和Gd组成，各组分的质量百分含量为：Sm：0.5％；Tb：0.5％；Gd：0.4％，其余为Mg和不可避免的杂质；不可避免的杂质为Fe、Si等，其总量＜0.05％。
所述具有电磁屏蔽性能的镁合金的制备方法为：
S1铸锭制备：将工业纯镁、Sm-Mg合金中间体、Tb-Mg合金中间体、Gd-Mg合金中间体置于熔炼炉中，于温度为650℃条件下进行熔炼，得到均匀的合金液；再将合金液倒入冷室压铸机进行压铸，得镁合金铸锭；所述压铸的工作条件为：温度为550℃，压铸时间为25-35s、压射速度为2-3m/s；
S2表面处理：将镁合金铸锭放入模具中，然后在模具中加入碳纤维溶液，在-0.5Mpa的负压条件下渗积18min，处理结束后恢复常压，取出镁合金铸锭；
S3均匀化处理：将表面处理后的镁何静铸锭在热处理炉中，先加热至265℃，保温5h，水淬至室温；再加热至215℃，保温2.5h，水淬至室温；再加热至158℃，保温处理9h；
所述碳纤维溶液，各原料的重量份配比为：甘蔗渣12kg、煤矸石7kg、二氧化硅1.5kg、叔碳酸乙烯酯0.3kg、PP树脂0.8kg、分散剂0.7kg、金属催化剂0.15kg、质量浓度50％乙醇溶液130kg；
所述碳纤维溶液的制备方法为：
A1：将甘蔗渣、煤矸石研磨至过600目筛，混合均匀后置于燃烧炉中燃烧0.9h，然后空冷至常温，加入乙醇溶液、叔碳酸乙烯酯、分散剂、金属催化剂混合均匀，经于28KHz的条件下超声波处理12s后，于65℃的低温热处理1.5h，加入二氧化硅、PP树脂，然后在由氖气、氩气、氮气组成的混合气体保护下于温度为210℃下加热35min。
对比例1
本实施例提供了镁合金，所述镁合金由Mg、Sm、Tb和Gd组成，各组分的质量百分含量为：Sm：0.5％；Tb：0.5％；Gd：0.4％，其余为Mg和不可避免的杂质；不可避免的杂质为Fe、Si等，其总量＜0.05％。
所述镁合金的制备方法为：
S1铸锭制备：将工业纯镁、Sm-Mg合金中间体、Tb-Mg合金中间体、Gd-Mg合金中间体置于熔炼炉中，于温度为650℃条件下进行熔炼，得到均匀的合金液；再将合金液倒入冷室压铸机进行压铸，得镁合金铸锭；所述压铸的工作条件为：温度为550℃，压铸时间为25-35s、压射速度为2-3m/s；
S2均匀化处理：将表面处理后的镁何静铸锭在热处理炉中，先加热至265℃，保温5h，水淬至室温；再加热至215℃，保温2.5h，水淬至室温；再加热至158℃，保温处理9h。
对比例2
对比例2为AZ91压铸镁合金，是由如下重量百分比的组分制成的，Al9.0％；Zn0.8％；Mn0.3％；余量为纯镁及不可避免的杂质。
对比例AZ91压铸镁合金制备工艺，步骤如下：
1)将镁源、铝源、锌源、锰源进行熔炼，得到均匀的合金液，熔炼温度保持在740℃，搅拌15min；
2)使炉温升至750℃，通入氩气除氢；
3)通气完毕后，加入6号溶剂精炼，然后静置30min；
4)使炉温降到700℃，将合金液倒入压室，进行压铸，压射速度保持为3m/s，得到压铸AZ91镁合金。
将实施例1-3和对比例1-2制备的镁合金进行电磁屏蔽性能测试：切割成长×宽×高＝20×5×5mm的尺寸，然后在法兰同轴测试仪上进行屏蔽性能测试，测出的电磁屏蔽性能见表1：
表1
Figure BDA0001851109700000081
Figure BDA0001851109700000091

Claims (5)

1.一种具有电磁屏蔽性能的镁合金，其特征在于，所述镁合金由Mg、Sm、Tb和Gd组成，各组分的质量百分含量为：Sm：0.42-0.54％；Tb：0.45-0.59％；Gd：0.33-0.47％，其余为Mg和不可避免的杂质；不可避免的杂质为Fe、Si等，其总量＜0.05％；
所述具有电磁屏蔽性能的镁合金的制备方法为：
S1铸锭制备：将工业纯镁、Sm-Mg合金中间体、Tb-Mg合金中间体、Gd-Mg合金中间体置于熔炼炉中，于温度为630-670℃条件下进行熔炼，得到均匀的合金液；再将合金液倒入冷室压铸机进行压铸，得镁合金铸锭；
S2表面处理：将镁合金铸锭放入模具中，然后在模具中加入碳纤维溶液，在负压条件下渗积15-20min，处理结束后恢复常压，取出镁合金铸锭；
S3均匀化处理：将表面处理后的镁合金铸锭在热处理炉中，先加热至260-270℃，保温4-6h，水淬至室温；再加热至210-220℃，保温2-3h，水淬至室温；再加热至150-165℃，保温处理8-10h；
所述压铸的工作条件为：温度为545-560℃，压铸时间为25-35s、压射速度为2-3m/s；
所述负压为-0.1至-0.18Mpa；
所述碳纤维溶液，各原料的重量份配比为：甘蔗渣10-15份、煤矸石6-8份、二氧化硅1.3-1.8份、叔碳酸乙烯酯0.2-0.5份、PP树脂0.6-1份、分散剂0.6-0.8份、金属催化剂0.1-0.2份、质量浓度45-50％乙醇溶液120-140份；
2.如权利要求1所述具有电磁屏蔽性能的镁合金，其特征在于，所述碳纤维溶液的制备方法为：
A1：将甘蔗渣、煤矸石研磨至过600目筛，混合均匀后置于燃烧炉中燃烧0.8-1h，然后空冷至常温，加入乙醇溶液、叔碳酸乙烯酯、分散剂、金属催化剂混合均匀，经超声波处理10-15s后，低温热处理1-2h，加入二氧化硅、PP树脂，然后在混合气体保护下于温度为200-220℃下加热30-45min。
3.如权利要求2所述具有电磁屏蔽性能的镁合金，其特征在于，所述超声波处理的频率为25-30KHz。
4.如权利要求2所述具有电磁屏蔽性能的镁合金，其特征在于，所述低温热处理的温度60-68℃。
5.如权利要求2所述具有电磁屏蔽性能的镁合金，其特征在于，所述混合气体为由氖气、氩气、氮气组成的混合体系。
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