CN110317984A - 一种具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料，按重量百分比，所述镁合金复合材料的成分包括：Al 2.5～3％、Ca 1.5～1.8％、Mo 1.2～1.5％、Y 1.0～1.2％、Co 0.8～1.3％、Bi 0.4～0.6％、Pr 0.2～0.4％、Be 0.05～0.1％、改性滑石粉8～10％，余量为Mg和不可避免的杂质。本发明采用先将Mg、Al、Ca、Mo、Y、Co、Bi、Pr和Be按照特定用量关系进行复配制备合金铸锭，再将铈改性的滑石粉弥散分布到该合金铸锭中的方法制得镁合金复合材料，不仅能够有效地改善镁合金的抗氧化及阻燃性能，还能够同时提高镁合金的力学性能以及塑性，使其具有优异的韧性。

Description

一种具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及镁合金复合材料技术领域，具体涉及一种具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料及其制备方法。
背景技术
镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金，具有密度小、比强度高、阻尼性好、电磁屏蔽能力强、尺寸稳定、易回收等优点，在航空工业、汽车、机械设备、电子产品等领域有着非常广阔的应用前景，被称为“21世纪的绿色工程材料”。
但是镁合金的应用还受到一定因素的制约，比如镁合金的强韧性较差，镁合金非常易燃等，这些因素都极大地阻碍了镁合金的广泛应用。现阶段，将提高镁合金的阻燃性能与改善镁合金的组织和力学性能有机结合起来，制备理想的阻燃强韧镁合金材料已经成为镁合金研究领域的一个重要课题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有优异力学性能、较好塑性和优异阻燃性的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料，同时提供了该复合材料的制备方法。
本发明提供的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料，按重量百分比，所述镁合金复合材料的成分包括：Al 2.5～3％、Ca 1.5～1.8％、Mo 1.2～1.5％、Y 1.0～1.2％、Co0.8～1.3％、Bi 0.4～0.6％、Pr 0.2～0.4％、Be 0.05～0.1％、改性滑石粉8～10％，余量为Mg和不可避免的杂质。
进一步，所述镁合金复合材料中不可避免的杂质的含量低于0.1％。
进一步，所述改性滑石粉的制备方法包括如下步骤：
取滑石粉研磨成细粉，过500目筛，将研磨后的滑石粉置于丙酮溶液中超声清洗至少半小时后，取出烘干，之后将烘干后的滑石粉研磨成细粉，倒入浓硝酸进行振荡浸泡，浸泡至少2h，浸泡过程中超声至少3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，并采用去离子水清洗其至清洗液为中性，然后将所得滑石粉烘干并研磨成细粉，倒入稀土溶液进行振荡浸泡，浸泡至少2h，浸泡过程中超声至少3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，烘干并研磨成细粉，过500目筛，即为改性滑石粉。
进一步，按重量百分比，所述稀土溶液的原料包括：乙醇92％、柠檬酸3.5％、尿素3％、硝酸0.8％、氯化铈0.7％。
本发明还公开了一种用于所述的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取单质Mg、Al、Ca、Mo、Y、Co、Bi、Pr、Be在CO2和SF6混合气体保护下，升温至750～760℃熔化并混合熔炼5～6次，得到合金液，将所得合金液在CO2和SF6混合气体保护下，浇铸得到合金铸锭；
(2)对步骤(1)所得的合金铸锭进行热处理，所述热处理为460～500℃固溶处理8～10h，200～220℃时效处理12～16h；
(3)将改性滑石粉置于铜模腔体之中，然后将步骤(2)中处理所得的合金铸锭重新熔炼成为熔融液体后，通过负压吸入腔体内，与腔体内的细粉充分混合，使细粉弥散分布于熔融液体中，冷却至室温，即得镁合金复合材料。
本发明的有益效果：
本发明采用先将Mg、Al、Ca、Mo、Y、Co、Bi、Pr和Be按照特定用量关系进行复配制备合金铸锭，再将铈改性的滑石粉弥散分布到该合金铸锭中的方法制得镁合金复合材料，不仅能够有效地改善镁合金的抗氧化及阻燃性能，还能够同时提高镁合金的力学性能以及塑性，使其具有优异的韧性。其中，Ca、Y、Bi、Pr和Be按特定用量关系进行复配后，能够在合金表面形成复合氧化层，从而大幅提高合金的抗氧化及阻燃能力，加入经过铈改性的滑石粉表面会吸附大量的铈原子，不仅能够细化晶粒，还能够提高改性滑石粉与合金铸锭的界面结合强度，增加界面含量，在改性滑石粉与Mo、Co的协同配合下，镁合金的强度和塑性也会得到大大的改善。通过本发明的方法制得的镁合金复合材料在具有优异阻燃性的同时也具有优异的力学强度和塑性。
具体实施方式
以下为具体实施例：
实施例一
本实施例提供一种具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料，按重量百分比，所述镁合金复合材料的成分包括：Al(铝)2.5％、Ca(钙)1.5％、Mo(钼)1.2％、Y(钇)1.0％、Co(钴)0.8％、Bi(铋)0.4％、Pr(镨)0.2％、Be(铍)0.05％、改性滑石粉8％，余量为Mg(镁)和不可避免的杂质，所述镁合金复合材料中不可避免的杂质的含量低于0.1％。
本实施例中，所述改性滑石粉的制备方法包括如下步骤：取滑石粉研磨成细粉，过500目筛，将研磨后的滑石粉置于丙酮溶液中超声清洗至少半小时后，取出烘干，之后将烘干后的滑石粉研磨成细粉，倒入浓硝酸进行振荡浸泡，浸泡2h，浸泡过程中超声3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，并采用去离子水清洗其至清洗液为中性，然后将所得滑石粉烘干并研磨成细粉，倒入稀土溶液进行振荡浸泡，浸泡2h，浸泡过程中超声3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，烘干并研磨成细粉，过500目筛，即为改性滑石粉。
本实施例中，按重量百分比，所述稀土溶液的原料包括：乙醇92％、柠檬酸3.5％、尿素3％、硝酸0.8％、氯化铈0.7％。
本实施例提供的用于所述的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取单质Mg、Al、Ca、Mo、Y、Co、Bi、Pr、Be在CO2和SF6混合气体保护下，升温至750℃熔化并混合熔炼6次，得到合金液，将所得合金液在CO2和SF6混合气体保护下，浇铸得到合金铸锭；
(2)对步骤(1)所得的合金铸锭进行热处理，所述热处理为460℃固溶处理10h，200℃时效处理16h；
(3)将改性滑石粉置于铜模腔体之中，然后将步骤(2)中处理所得的合金铸锭重新熔炼成为熔融液体后，通过负压吸入腔体内，与腔体内的细粉充分混合，使细粉弥散分布于熔融液体中，冷却至室温，即得镁合金复合材料。
实施例二
本实施例提供一种具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料，按重量百分比，所述镁合金复合材料的成分包括：Al 3％、Ca 1.8％、Mo 1.5％、Y 1.2％、Co 1.3％、Bi 0.6％、Pr0.4％、Be 0.1％、改性滑石粉9％，余量为Mg和不可避免的杂质，所述镁合金复合材料中不可避免的杂质的含量低于0.1％。
本实施例中，所述改性滑石粉的制备方法包括如下步骤：取滑石粉研磨成细粉，过500目筛，将研磨后的滑石粉置于丙酮溶液中超声清洗至少半小时后，取出烘干，之后将烘干后的滑石粉研磨成细粉，倒入浓硝酸进行振荡浸泡，浸泡2h，浸泡过程中超声3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，并采用去离子水清洗其至清洗液为中性，然后将所得滑石粉烘干并研磨成细粉，倒入稀土溶液进行振荡浸泡，浸泡2h，浸泡过程中超声3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，烘干并研磨成细粉，过500目筛，即为改性滑石粉。
本实施例中，按重量百分比，所述稀土溶液的原料包括：乙醇92％、柠檬酸3.5％、尿素3％、硝酸0.8％、氯化铈0.7％。
本实施例提供的用于所述的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取单质Mg、Al、Ca、Mo、Y、Co、Bi、Pr、Be在CO2和SF6混合气体保护下，升温至760℃熔化并混合熔炼5次，得到合金液，将所得合金液在CO2和SF6混合气体保护下，浇铸得到合金铸锭；
(2)对步骤(1)所得的合金铸锭进行热处理，所述热处理为500℃固溶处理8h，220℃时效处理12h；
(3)将改性滑石粉置于铜模腔体之中，然后将步骤(2)中处理所得的合金铸锭重新熔炼成为熔融液体后，通过负压吸入腔体内，与腔体内的细粉充分混合，使细粉弥散分布于熔融液体中，冷却至室温，即得镁合金复合材料。
实施例三
本实施例提供一种具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料，按重量百分比，所述镁合金复合材料的成分包括：Al 3％、Ca 1.8％、Mo 1.5％、Y 1.2％、Co 1.3％、Bi 0.6％、Pr0.4％、Be 0.1％、改性滑石粉10％，余量为Mg和不可避免的杂质，所述镁合金复合材料中不可避免的杂质的含量低于0.1％。
本实施例中，所述改性滑石粉的制备方法包括如下步骤：取滑石粉研磨成细粉，过500目筛，将研磨后的滑石粉置于丙酮溶液中超声清洗至少半小时后，取出烘干，之后将烘干后的滑石粉研磨成细粉，倒入浓硝酸进行振荡浸泡，浸泡2h，浸泡过程中超声3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，并采用去离子水清洗其至清洗液为中性，然后将所得滑石粉烘干并研磨成细粉，倒入稀土溶液进行振荡浸泡，浸泡2h，浸泡过程中超声3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，烘干并研磨成细粉，过500目筛，即为改性滑石粉。
本实施例中，按重量百分比，所述稀土溶液的原料包括：乙醇92％、柠檬酸3.5％、尿素3％、硝酸0.8％、氯化铈0.7％。
本实施例提供的用于所述的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取单质Mg、Al、Ca、Mo、Y、Co、Bi、Pr、Be在CO2和SF6混合气体保护下，升温至760℃熔化并混合熔炼5次，得到合金液，将所得合金液在CO2和SF6混合气体保护下，浇铸得到合金铸锭；
(2)对步骤(1)所得的合金铸锭进行热处理，所述热处理为500℃固溶处理8h，220℃时效处理12h；
(3)将改性滑石粉置于铜模腔体之中，然后将步骤(2)中处理所得的合金铸锭重新熔炼成为熔融液体后，通过负压吸入腔体内，与腔体内的细粉充分混合，使细粉弥散分布于熔融液体中，冷却至室温，即得镁合金复合材料。
实施例四
本实施例提供一种具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料，按重量百分比，所述镁合金复合材料的成分包括：Al 2.5％、Ca 1.5％、Mo 1.2％、Y 1.0％、Co 0.8％、Bi 0.4％、Pr 0.4％、Be 0.1％、改性滑石粉9％，余量为Mg和不可避免的杂质，所述镁合金复合材料中不可避免的杂质的含量低于0.1％。
本实施例中，所述改性滑石粉的制备方法包括如下步骤：取滑石粉研磨成细粉，过500目筛，将研磨后的滑石粉置于丙酮溶液中超声清洗至少半小时后，取出烘干，之后将烘干后的滑石粉研磨成细粉，倒入浓硝酸进行振荡浸泡，浸泡2h，浸泡过程中超声3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，并采用去离子水清洗其至清洗液为中性，然后将所得滑石粉烘干并研磨成细粉，倒入稀土溶液进行振荡浸泡，浸泡2h，浸泡过程中超声3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，烘干并研磨成细粉，过500目筛，即为改性滑石粉。
本实施例中，按重量百分比，所述稀土溶液的原料包括：乙醇92％、柠檬酸3.5％、尿素3％、硝酸0.8％、氯化铈0.7％。
本实施例提供的用于所述的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)取单质Mg、Al、Ca、Mo、Y、Co、Bi、Pr、Be在CO2和SF6混合气体保护下，升温至750℃熔化并混合熔炼6次，得到合金液，将所得合金液在CO2和SF6混合气体保护下，浇铸得到合金铸锭；
(2)对步骤(1)所得的合金铸锭进行热处理，所述热处理为460℃固溶处理10h，200℃时效处理16h；
(3)将改性滑石粉置于铜模腔体之中，然后将步骤(2)中处理所得的合金铸锭重新熔炼成为熔融液体后，通过负压吸入腔体内，与腔体内的细粉充分混合，使细粉弥散分布于熔融液体中，冷却至室温，即得镁合金复合材料。
对实施例一至实施例四制得的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料进行性能测试，其测试方法均为常规方法，测试结果下表所示：
由上表可知，本发明的镁合金复合材料在具有优异阻燃性的同时也具有优异的力学强度和塑性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料，其特征在于：按重量百分比，所述镁合金复合材料的成分包括：Al 2.5～3％、Ca 1.5～1.8％、Mo 1.2～1.5％、Y 1.0～1.2％、Co0.8～1.3％、Bi 0.4～0.6％、Pr 0.2～0.4％、Be 0.05～0.1％、改性滑石粉8～10％，余量为Mg和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料，其特征在于：所述镁合金复合材料中不可避免的杂质的含量低于0.1％。
3.根据权利要求1所述的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料，其特征在于：所述改性滑石粉的制备方法包括如下步骤：
取滑石粉研磨成细粉，过500目筛，将研磨后的滑石粉置于丙酮溶液中超声清洗至少半小时后，取出烘干，之后将烘干后的滑石粉研磨成细粉，倒入浓硝酸进行振荡浸泡，浸泡至少2h，浸泡过程中超声至少3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，并采用去离子水清洗其至清洗液为中性，然后将所得滑石粉烘干并研磨成细粉，倒入稀土溶液进行振荡浸泡，浸泡至少2h，浸泡过程中超声至少3次，每次10min，收集处理后的滑石粉，烘干并研磨成细粉，过500目筛，即为改性滑石粉。
4.根据权利要求3所述的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料，其特征在于：按重量百分比，所述稀土溶液的原料包括：乙醇92％、柠檬酸3.5％、尿素3％、硝酸0.8％、氯化铈0.7％。
5.一种用于权利要求1所述的具有优异韧性的阻燃镁合金复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)取单质Mg、Al、Ca、Mo、Y、Co、Bi、Pr、Be在CO2和SF6混合气体保护下，升温至750～760℃熔化并混合熔炼5～6次，得到合金液，将所得合金液在CO2和SF6混合气体保护下，浇铸得到合金铸锭；
(2)对步骤(1)所得的合金铸锭进行热处理，所述热处理为460～500℃固溶处理8～10h，200～220℃时效处理12～16h；
(3)将改性滑石粉置于铜模腔体之中，然后将步骤(2)中处理所得的合金铸锭重新熔炼成为熔融液体后，通过负压吸入腔体内，与腔体内的细粉充分混合，使细粉弥散分布于熔融液体中，冷却至室温，即得镁合金复合材料。
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