CN110629089A - 一种高流动高耐蚀镁合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高流动高耐蚀镁合金材料,其特征在于，由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0～10％，Ce：0.8～1.0％，La：0.3～0.5％，Zn：0.5～1.0％，Ca：0.3～0.5％，Mn：0.2～0.4％，杂质≤0.2％，余量为Mg。本发明的具有如下技术效果：1)本发明的镁合金材料的流动性比通用AZ91D提高25％以上，提高铸件成品率5％。2)本发明的镁合金材料合金经过铸造与热处理之后抗拉强度都在200MPa左右，延伸率在8％左右，满足镁合金应用的力学性能的要求。3)本发明的镁合金材料合金经过铸造与热处理之后耐蚀性能比通用AZ91D提高50％以上。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金材料技术领域，特别涉及一种高流动高耐蚀镁合金材料及其制备方法。
背景技术
近年来，包括计算机、通讯、家电等“3C”产品获得迅猛的发展，而且由于数字化技术的发展，不断开发出各类数字化电子产品，出现了大量便携式电子器材，如手机、笔记本电脑、数码相机、摄录像机等。对于这些新颖的3C产品壳体，用工程塑料制作在强度、结构刚度、散热性、电磁屏蔽性、可回收性等方面已不能满足产品的要求。而镁合金由于其优越的特性特别适宜于于高端3C产品壳体的要求，其使用量以年增20％的速度高速扩展。镁合金的实际应用表明它是3C产品最适用的材料，其应用前景十分广阔。
现在国内3C产品壳体一般采用的材料是美国牌号AZ91D镁合金，成形良品率一般只有80－85％。3C薄壁镁制品面临的普遍问题是成形的良品率低，表面的外观质量欠佳，表面容易出现流线痕迹、斑点、疏松等铸造缺陷，现有的镁合金难以保证3C产品极高的光洁平整的表面质量要求。镁合金较低的成品率成为3C镁制品企业生产能力，生产成本的重大制约因素。3C镁制品行业迫切希望我国能自主研究开发和应用适用3C镁制品的高流动性、高浸润性镁合金，从而显著提高成形的良品率和3C镁制品的质量以取得重大经济效益，并能更好地保证我国生产的3C镁制品在国际市场上具有自主知识产权、高表面质量、低成本的创新优势。而且高流动性镁合金可以显著减少产品的后道表面研磨工作量，从而能降低生产成本，显著提高企业的生产能力。
在推动镁合金应用方面，流动性高可以解决铸件铸造易开裂的难题，耐蚀性高可以解决镁合金应用过程中易腐蚀的难题。现有技术的主要问题是镁合金很难兼顾高流动和耐蚀这两方面性能。因为改善镁合金流动性主要添加的合金元素Ca以及RE等元素的添加量如果不优化，就会损害合金的耐蚀性能，而耐蚀性能是镁合金应用的关键。合金元素Ca以及RE等元素复合添加是实现高流动和高耐蚀的关键技术点。
中国专利“一种流动性好耐热抗蠕变耐腐蚀镁合金及其制备方法”(申请号201710025073.X)发明的是一种由镁，铝，稀土元素，锰和锌组成的镁合金，合金具备良好的力学性能、耐蚀性能以及耐热方面的性能，由于该专利没有提及合金流动性能的相关测试，该发明合金的流动性能未知，没有提及如何改善合金流动性能。
中国专利“一种稀土镁合金及其制备方法”(申请号20120095289.2)发明的是一种由镁，铝，锌，以及碱土金属、轻稀土和重稀土元素复合组成的镁合金，专利侧重介绍稀土镁合金的制备方法，专利中提及该专利方法制备稀土镁合金与现有稀土镁合金比较流动性占优，侧重点在于制备方法的创新使合金性能得到改善，应用的重稀土元素成本较高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高流动高耐蚀镁合金材料及其制备方法。
发明人通过研究Al、Zn、Ca、RE等合金元素对镁合金流动性影响的研究，结果发现：除了Al以外，Ca的添加也能显著的提高合金的流动性。一些提高合金抗氧化的元素如RE(稀土元素)的添加对改进镁合金的抗氧化性也具有良好作用。新合金适当的提高Al含量，但必须控制其含量，使它不至于过高，因为过高的Al含量虽然使合金具有良好的流动性，但含量过高会导致合金过脆而无法应用，因此镁合金的加Al量必须不大于10％。
在综合考虑合金元素对镁合金流动性和力学性能影响的基础上，提出了利用Al、Zn、Ca、RE等元素改进镁合金流动性的有益作用，发挥它们多元复合添加的协同效应。
本发明的高流动性镁合金优化设计的研制构思是在通用的AZ91合金(Mg-9Al)通过调整合金的Al和Zn含量，并加入适量的Ca、RE等合金元素，使合金能显著提高流动性，又保持良好的力学性能。
本发明研制的高流动性镁合金的组分和各组分的重量百分比为：Al：9.0～10％，Ce：0.8～1.0％，La：0.3～0.5％，Zn：0.5～1.0％，Ca：0.3～0.5％，Mn：0.2～0.4％，杂质≤0.2％，余量为Mg。该配比适当提高了对流动性有益的Al、Zn含量，但又不使之过高。添加Ca是为了提高镁合金熔融状态的抗氧化能力从而提高合金浇铸时的流动性，少量的Ca可以达到这个效果，如果添加量大于0.6％，则会在合金中形成网状的Mg2Ca使得合金韧性下降脆性增加，本专利合金Ca的添加量定为0.3～0.5％。添加RE不仅为了提高镁合金熔融状态的抗氧化能力从而提高合金浇铸时的流动性，而且希望在合金中形成弥散的Mg-Ce第二相增强合金的强度，如果RE添加量大于1％，则容易形成网状的Mg-Ce使得合金韧性急剧下降，所以本专利合金Ce的添加量定为0.8～1％。Mn的少量添加可以去除铁和其他重金属元素形成金属间化合物损害镁合金的耐蚀能力。
本发明的技术方案如下：
一种高流动高耐蚀镁合金材料，由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0～10％，Ce：0.8～1.0％，La：0.3～0.5％，Zn：0.5～1.0％，Ca：0.3～0.5％，Mn：0.2～0.4％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
优选地，
一种高流动高耐蚀镁合金材料，由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0％，Ce：0.8～1.0％，La：0.3～0.5％，Zn：0.8％，Ca：0.3～0.5％，Mn：0.2％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
优选地，
所述镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0％，Ce：1.0％，La：0.5％，Zn：0.8％，Ca：0.5％，Mn：0.2％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
所述镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0％，Ce：0.9％，La：0.4％，Zn：0.8％，Ca：0.4％，Mn：0.2％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
所述镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0％，Ce：0.8％，La：0.3％，Zn：0.8％，Ca：0.3％，Mn：0.2％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
高流动高耐蚀镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按上述任一所述镁合金材料的组成制备镁合金铸锭；
2)将所述镁合金铸锭在400—450℃下均匀化退火处理12—24小时，获得高流动高耐蚀镁合金材料。
本发明的具有如下技术效果：
1)本发明的镁合金材料的流动性比通用AZ91D提高25％以上，提高铸件成品率5％。
2)本发明的镁合金材料合金经过铸造与热处理之后抗拉强度都在200MPa左右，延伸率在8％左右，满足镁合金应用的力学性能的要求。
3)本发明的镁合金材料合金经过铸造与热处理之后耐蚀性能比通用AZ91D提高50％以上。
附图说明
图1为测定镁合金流动性的测试装置示意图。其中，a为正视图，b为俯视图。
图2为实施例1-3的镁合金和通用的AZ91D合金的金相形貌对比。其中，a为实施例1的镁合金，b为实施例2的镁合金，c为实施例3的镁合金，d为通用的AZ91D合金。
其中，1为镁液贮模，2为浇口塞，3为镁锭模，4为流动性模，5为镁液流槽。
具体实施方式
实施例1制备高流动高耐蚀镁合金材料
本实施例的镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0％，Ce：1.0％，La：0.5％，Zn：0.8％，Ca：0.5％，Mn：0.2％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
高流动高耐蚀镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)采用水平连铸方法，按上述镁合金材料的组成制备镁合金铸锭；
2)将所述镁合金铸锭在450℃下均匀化退火处理24小时，获得高流动高耐蚀镁合金材料。
实施例2制备高流动高耐蚀镁合金材料
本实施例的镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0％，Ce：0.9％，La：0.4％，Zn：0.8％，Ca：0.4％，Mn：0.2％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
高流动高耐蚀镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)采用水平连铸方法，按上述镁合金材料的组成制备镁合金铸锭；
2)将所述镁合金铸锭在420℃下均匀化退火处理18小时，获得高流动高耐蚀镁合金材料。
实施例3制备高流动高耐蚀镁合金材料
本实施例的镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0％，Ce：0.8％，La：0.3％，Zn：0.8％，Ca：0.3％，Mn：0.2％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
高流动高耐蚀镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)采用水平连铸方法，按上述镁合金材料的组成制备镁合金铸锭；
2)将所述镁合金铸锭在400℃下均匀化退火处理12小时，获得高流动高耐蚀镁合金材料。
实施例4对实施例1-3的镁合金材料的流动性和耐蚀性进行效果验证
一、流动性
目前，镁合金的流动性没有通用的标准试验方法进行测定，本项目采用如图1所示的镁合金铸造流动性测定装置系统来研究合金元素对镁合金流动性的影响规律。
图1的镁合金铸造流动性测定装置系统主要由模具加热保温炉和设在模具加热保温炉内的流动性能测试模具组成。
模具加热保温炉采用箱式设计，箱式结构的前部、后部及上部加炉门，以便于操作；加厚了保温层，以利于保持炉内温度稳定。
流动性能测试模具主要由设在镁液贮模(1)、设在镁液贮模(1)底部的浇口塞(2)、设在镁液贮模(1)下方的镁锭模(3)和流动性模(4)，以及设在流动性模(4)内的镁液流槽(5)组成。
工作原理如下：在镁合金熔液温度和铸模温度固定的条件下，将镁合金熔液倒入图1中所示的流动性浇铸模具中，通过测定浇注的液态镁合金在浇铸模具下腔圆孔中流动后凝固的长度来表征合金的流动性。
装置的特点：
(1)便于控制。由于箱式加热炉较长，采用了同功率双加热板加热的方式，不但有利于温度的迅速上升，而且便于控制炉腔内温度的稳定。
(2)可靠性高。流动性模设计为三型腔结构，试验时镁液在三型腔内同步充型，结果测量时以三型腔充型长度的平均值来表征合金的流动性能，这种设计与单一型腔结构的模具相比，极大地减小了误差，试验数据的可靠性很高。
(3)稳定性强。采用了独特的塞棒设计，保证浇注过程的平稳性，避免了由于浇注速度等人为因素的影响，试验结果可重复性强。
试验结果如表1所示：
表1实施例1-3的镁合金和AZ91D合金的铸造流动性对比
| 合金 | 流动性试验长度(mm) | 浇铸温度℃ |
| 实施例1镁合金 | 255 | 736 |
| 实施例2镁合金 | 247 | 736 |
| 实施例3镁合金 | 235 | 736 |
| AZ91D对比合金 | 200～205 | 736 |
合金的力学性能试验是参照GB/T 228－2002《金属材料室温拉伸方法》进行研究。试验仪器为T－201型万能材料试验机。
表2实施例1-3的镁合金和通用的AZ91D合金的力学性能对比
从上表可以看出，本发明的实施例1、2和3的镁合金的流动性能比通用的AZ91D提高20％，而且其力学性能优于AZ91D合金(AZ91D合金是国际上铸造流动性良好的镁合金)，在镁合金制品厂试用高流动性镁合金半固态成型试用试验表明：试用实例合金比用AZ91D合金提高了铸件成品率5％以上。
二、耐腐蚀
图2显示出实施例1-3的镁合金(图a，b和c)和通用的AZ91D合金(图d)金相形貌。图中可以看出实施例1-3合金中针状地Mg-RE相十分明显，共晶相Mg17Al12较少。而在AZ91D合金中第二相主要是层片状共晶相Mg17Al12。Mg-RE相电位高于Mg17Al12，能使合金中的电偶腐蚀减少，从而提高合金的耐蚀性。
镁合金耐腐蚀性能测试为在25℃下3.5wt％NaCl溶液中浸泡24h失重实验。腐蚀速率的测试数据来自于24h浸泡实验中14×14×4mm试样的单位平方米的失重量。
表3显示出实施例1-3的镁合金和通用的AZ91D合金在3.5wt％NaCl溶液中腐蚀速率对比。
表3实施例合金和AZ91D合金腐蚀速度对比
| 合金 | 腐蚀速度(g/m<sup>2</sup>d) |
| 实施例1镁合金 | 36 |
| 实施例2镁合金 | 45 |
| 实施例3镁合金 | 60 |
| AZ91D对比合金 | 69 |
可以看出,四种种合金在3.5wt％NaCl溶液中的腐蚀速率都在70g/m2.d以下，但是本发明的实施例1、2和3的镁合金的腐蚀速率相较AZ91D合金腐蚀速率大大降低。实施例1合金的腐蚀速度最慢，在35g/m2.d左右。
因此，本发明的镁合金的性能优于现有的AZ91D合金。
Claims (6)
1.一种高流动高耐蚀镁合金材料,其特征在于，由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0～10％，Ce：0.8～1.0％，La：0.3～0.5％，Zn：0.5～1.0％，Ca：0.3～0.5％，Mn：0.2～0.4％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
2.根据权利要求1所述的高流动高耐蚀镁合金材料,其特征在于，所述镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0％，Ce：1.0％，La：0.5％，Zn：0.8％，Ca：0.5％，Mn：0.2％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
3.根据权利要求1所述的高流动高耐蚀镁合金材料,其特征在于，所述镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0％，Ce：0.9％，La：0.4％，Zn：0.8％，Ca：0.4％，Mn：0.2％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
4.根据权利要求1所述的高流动高耐蚀镁合金材料,其特征在于，所述镁合金材料由如下重量百分含量的组分组成：Al：9.0％，Ce：0.8％，La：0.3％，Zn：0.8％，Ca：0.3％，Mn：0.2％，杂质≤0.2％，余量为Mg。
5.如权利要求1-4所述的高流动高耐蚀镁合金材料的制备方法,其特征在于，包括如下步骤：
1)按上述任一所述镁合金材料的组成制备镁合金铸锭；
2)将所述镁合金铸锭在400—450℃下均匀化退火处理12—24小时，获得高流动高耐蚀镁合金材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步骤1)采用水平连铸方法进行。
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| EP0414620A1 (fr) * | 1989-08-24 | 1991-02-27 | PECHINEY RECHERCHE (Groupement d'Intérêt Economique régi par l'Ordonnance du 23 Septembre 1967) Immeuble Balzac | Procédé d'obtention d'alliages de magnésium par pulvérisation-dépôt |
| CN103290289A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-09-11 | 常州华晨铸造有限公司 | 一种镁合金及其制备方法 |
-
2019
- 2019-10-11 CN CN201910961332.9A patent/CN110629089A/zh active Pending
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| EP0414620A1 (fr) * | 1989-08-24 | 1991-02-27 | PECHINEY RECHERCHE (Groupement d'Intérêt Economique régi par l'Ordonnance du 23 Septembre 1967) Immeuble Balzac | Procédé d'obtention d'alliages de magnésium par pulvérisation-dépôt |
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