CN115066511B - 难燃高韧性镁合金 - Google Patents
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Abstract
本发明使用的镁合金含有：4.4质量％以上且5.5质量％以下的Al、0.2质量％以上且0.5质量％以下的Ca、0.2质量％以上且0.4质量％以下的混合稀土金属、0.1质量％以上且0.6质量％以下的Mn，剩余部分为Mg和不可避免杂质。
Description
技术领域
本发明涉及一种难燃性和韧性优异的镁合金。
背景技术
镁合金作为轻量化材料而被周知，其被应用于汽车等移动体的器件、移动电脑的机身等便携使用的产品。例如方向盘等要求具有韧性的部件使用AM50。不过，会有如下问题，即：镁合金有可能在铸造之时的熔融金属状态下着火，而且，一旦着火自熄性差的问题。为此也就要求镁合金具有优异的难燃性。另外，为了扩大作为部件的利用范围，要求能够进一步改善机械特性。
针对于这样的问题，例如，引用文献1提出了添加Ca和Y的铸造用镁合金。显示出了：这些元素在熔融金属表面形成出氧化物的膜，从而难燃性(抗燃性)得到提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2013－512338号公报
发明内容
然而，虽然添加Y和Ca时难燃性得到提高，但会出现下述的问题，即：熔化时形成有淤渣(sludge)从而机械特性降低等问题。
因此，本发明的目的在于获得：在AM50的基础上提高难燃性且发挥优异的机械特性的镁合金。
本发明的镁合金含有：4.4质量％以上且5.5质量％以下的Al、0.2质量％以上且0.5质量％以下的Ca、0.2质量％以上且0.4质量％以下的混合稀土金属、0.1质量％以上且0.6质量％以下的Mn、剩余部分为Mg和不可避免杂质，由此能够解决上述课题。
当以上述的范围含有Ca时，在使该镁合金形成熔融金属而进行铸造之时，由于在熔融金属表面形成有坚固的保护膜，因此，难燃性得以提高。另外，如果Ca处在上述的范围内，则铸造该镁合金而得到的镁合金制部件的机械特性也就呈现优异。另外，当以上述的范围含有混合稀土金属时，在使该镁合金形成熔融金属而进行铸造之时，虽然不如Ca那么坚固，但同样地形成有保护膜，从而可以提高难燃性。另外，能够降低针对炉壁的润湿性(wettability)，由此也就能够发挥出抑制着火性这样的效果。由于该Ca和混合稀土金属通过不同的原理而有助于难燃性，因此，通过将它们组合添加，相比于单独增加各个元素的含量，能够发挥出更加优异的难燃性提高效果。
另外，Al处在上述的范围内，由此容易与其它元素一起确保机械特性。此外，通过以上述的范围含有Mn，容易从熔融金属中的合金中排除来自有可能作为不可避免杂质而含有的材料的铁。
优选为，选择0.4质量％以下的Ca、0.35质量％以下的混合稀土金属这样的成分，从而能够获得机械特性进一步优异的镁合金。
该镁合金也可以限定性地含有可作为其它不可避免杂质而混入的元素。不过，其总计量需要限定在不妨碍本发明的效果的范围内，优选为小于0.5质量％，且每1个该元素的含量优选为小于0.1质量％。
发明效果
根据本发明，能够获得难燃性优异且机械特性也优异的镁合金。该镁合金由于能够降低在铸造之时着火的可能性，因此容易铸造，而且，铸造而得到的镁合金制部件的机械特性呈现优异。
具体实施方式
下面，详细说明本发明。
本发明是难燃性和机械特性呈现优异的镁合金。
上述镁合金的Al含量优选为4.4质量％以上。Al具有能够提高镁合金的拉伸强度的作用，如果小于4.4质量％，则其效果不够充分。另一方面，优选为5.5质量％以下。如果Al过多，则会有镁合金的延伸率容易下降的趋势，如果超过5.5质量％，该趋势就会特别显著。
上述镁合金的Ca含量需要为0.2质量％以上。Ca在铸造镁合金之时能够在熔融金属表面形成出坚固的保护膜，通过该保护膜，难燃性得以提高。如果小于0.2质量％，则该保护膜的形成不够充分，难燃性的提高效果也不够充分。另一方面，需要为0.5质量％以下，优选为0.35质量％以下。Ca如果大量地被添加，则会有延伸率降低的趋势，如果超过0.5质量％，则该趋势就会特别显著。另外，Ca如果过多，则熔融金属的润湿性就会提高，针对炉壁的亲和性得以提高，从而容易着火。
上述镁合金的混合稀土金属(以下简称为“Mm”。)含量需要为0.2质量％以上。在铸造镁合金之时，Mm能够发挥出如下与Ca类似的作用：在熔融金属表面形成出保护膜，从而提高难燃性。另外，如果Mm的含量上升，就会抑制熔融金属的润湿性，降低针对炉壁的亲和性，由此能够发挥难以着火的效果。虽然Ca在生成的保护膜的强度方面优异，但是Ca具有提高润湿性这样的与难燃性降低相关联的作用，因此，通过与Ca组合地使用能够抑制该润湿性的Mm，能够协同地发挥较高的难燃性。如果Mm小于0.2质量％，则这些与Ca并用后的组合难燃性提高效果就不够充分。另一方面，Mm的含量需要为0.4质量％以下。如果Mm过于增多，则机械特性就会降低。
另外，Mm是Ce、La等稀土类元素的合金，一般情况下所使用的合金可以作为材料加以利用。Mm所含有的各种元素除了Y之外，没有特别限定。不过，即便在稀土类元素之中，关于Y，如果过多，也会有在熔融金属内部容易形成出淤渣的问题。由此，Y的含量优选为小于上述镁合金的0.3质量％，特别优选为小于0.01质量％。
上述镁合金的Mn含量需要为0.1质量％以上，优选为0.25质量％以上。如果含有Mn，则能够发挥出铸造之时去除熔融金属中所含有的铁的效果，但如果小于0.1质量％，则其去除效果就会不够充分，在镁合金中会残存有铁，使得耐腐蚀性降低。另一方面，Mn含量需要为0.6质量％以下，优选为0.35质量％以下。如果Mn过多，则会有与Al的金属间化合物、Mn单质容易析出的趋势，如果超过0.6质量％，就不能无视该问题。
上述镁合金除了上述成分之外，还可以以5ppm以上且20ppm以下的范围来含有Be。通过含有Be，能够进一步提高难燃性。不过，从对人体带来影响方面考虑，优选为20ppm以下。
上述镁合金中，作为剩余部分，除了Mg之外，在不妨碍本发明所涉及的效果的范围内，也可以含有作为杂质的上述以外的元素。不过，所含有的量优选抑制在：作为由于原材料或者制造时的问题不可避免地含有的不可避免杂质而含有的程度。作为该不可避免杂质的元素的总计量优选为小于0.5质量％，进一步优选为小于0.1质量％。这是因为：如果非预期的元素过多，即便是在上述元素的范围内，也有可能会妨碍物理性能。另外，每1个元素的含量优选为0.1质量％以下，进一步优选为0.01质量％以下，特别优选为小于检测极限。
作为成为上述不可避免杂质的元素，例如，可以例举出：Fe、Zn、Zr、C、Si、Cu、Ni。其中，尤其是通过Mn而被去除的Fe进一步优选为0.004质量％以下。
另外，本发明中的含量的值并非是原料中的比例，而是表示：作为合金而获得的材料、或者利用铸造或锻造等而制造出产品的时间点的含量。
上述镁合金的剩余部分为Mg。本发明所涉及的镁合金可以通过普通的镁合金的制造方法来获得，在用该镁合金制造产品之时，可以通过普通的铸造方法(例如砂模铸造)来制造。例如可以例举出：使用重油炉、燃气炉、电炉等进行合金的熔化而铸造成各种形状的铸模的方法。
在铸造上述镁合金之时，由于难燃性较高，因此，与铸造现有的类似的镁合金的情况相比，安全性得以提高。
作为由上述镁合金制造出来的部件，可以适合用于：要求延伸率、拉伸强度、韧性等的部件。作为针对所有镁合金而言的特性，具有比其它合金更加轻量的优点，从而可以制造出轻量且延伸率、拉伸强度、韧性优异的部件。作为要求这样的效果并且能够适合使用上述镁合金的部件，例如可以例举出：方向盘、座椅架、仪表盘。
作为上述镁合金期待发挥出的具体的韧性的值：依照JIS Z 2242(ISO148-1)而进行的冲击试验中的吸收能为24.0J以上。
实施例
下面，列举出实际制造本发明所涉及的镁合金的例子，来说明。
＜燃烧试验＞
将各个材料投入到了熔炉内，以便达到下述表1中各个例子所示的成分比(单位：质量％，－表示小于检测极限。以下相同)。另外，以下的表中所示的值并非是目标值，而是对实际获得的合金的成分比进行测定得到的值。在熔融的状态下，目视观察了熔融金属表面的状态。熔融金属没有问题的用“Good”表示，熔融金属有问题的用“Bad”表示。关于实施例1，虽然稍微能够从残留在炉壁上的熔融金属看到有着火，但熔融金属表面被保护膜所覆盖，没有大的燃烧。另一方面，关于比较例1、2，不仅仅是炉壁，从熔融金属表面的中央部也进行了燃烧。比较例3与实施例1同样地，没有看到燃烧，但在熔融金属内产生出了淤渣。
[表1]
| Al | Ca | Y | Mm | Mn | Mg | 结果 | |
| 实施例1 | 5.02 | 0.32 | － | 0.29 | 0.32 | 剩余部分 | Good |
| 比较例1 | 5.02 | － | － | － | 0.35 | 剩余部分 | Bad |
| 比较例2 | 5.00 | － | － | － | 0.30 | 剩余部分 | Bad |
| 比较例3 | 3.99 | 0.31 | 0.29 | － | 0.32 | 剩余部分 | Bad |
＜拉伸试验＞
铸造出了：达到下述表2中各个例子所示的成分比的、与AM50类似的试验片。不过，比较例2依照现有标准中的AM50。另外，实施例1和比较例2是与上述燃烧试验相同的合金。关于这些试验片，使用万能试验机(INSTRON制、5982型)，来测定拉伸强度(JIS Z 2241(对应于ISO-6892-1)标准中3.10.1“拉伸强度(tensile strength)”)、屈服强度(同标准中3.10.2“屈服应力(yield strength)”)、延伸率(同标准中3.3“延伸率(elongation)”)。其结果示于表2。关于各个值，将屈服强度(0.2％耐力)为125MPa以上、拉伸强度为250Mpa以上、且延伸率为15％以上的例子评价为Good，将没有满足任意条件的例子评价为Bad。
[表2]
＜冲击试验＞
使用上述的拉伸试验所使用的各个合金，铸造出了试验片。关于该试验片，使用夏比冲击试验机((株)森试验机制作所制)，来测定夏比冲击值(JIS Z 2242(对应于ISO148-1)、试验温度20℃、样品温度20℃)。其值示于表3。将测定出的吸收能为24.0J以上的例子评价为Good，将并非如此的例子评价为Bad。
[表3]
| Al | Ca | Y | Mm | Mn | Mg | 吸收能(J) | 结果 | |
| 实施例1 | 5.02 | 0.32 | － | 0.29 | 0.32 | 剩余部分 | 30.5 | Good |
| 实施例2 | 4.98 | 0.39 | － | 0.29 | 0.32 | 剩余部分 | 30.0 | Good |
| 实施例3 | 4.51 | 0.38 | － | 0.28 | 0.31 | 剩余部分 | 32.5 | Good |
| 实施例4 | 5.12 | 0.40 | 0.37 | 0.34 | 剩余部分 | 35.5 | Good | |
| 实施例5 | 4.98 | 0.40 | － | 0.25 | 0.33 | 剩余部分 | 33.0 | Good |
| 实施例6 | 4.95 | 0.24 | － | 0.35 | 0.34 | 剩余部分 | 30.0 | Good |
| 实施例7 | 4.97 | 0.27 | － | 0.25 | 0.34 | 剩余部分 | 28.0 | Good |
| 实施例8 | 5.24 | 0.35 | － | 0.31 | 0.33 | 剩余部分 | 32.0 | Good |
| 实施例9 | 5.45 | 0.43 | － | 0.36 | 0.34 | 剩余部分 | 27.5 | Good |
| 实施例10 | 5.19 | 0.30 | － | 0.35 | 0.33 | 剩余部分 | 30.5 | Good |
| 实施例11 | 5.18 | 0.42 | － | 0.25 | 0.34 | 剩余部分 | 29.5 | Good |
| 实施例12 | 5.19 | 0.27 | － | 0.23 | 0.33 | 剩余部分 | 24.6 | Good |
| 实施例13 | 4.87 | 0.37 | － | 0.30 | 0.34 | 剩余部分 | 33.0 | Good |
| 实施例14 | 4.65 | 0.30 | － | 0.36 | 0.34 | 剩余部分 | 27.0 | Good |
| 实施例15 | 4.73 | 0.42 | － | 0.24 | 0.33 | 剩余部分 | 31.0 | Good |
| 实施例16 | 4.73 | 0.44 | － | 0.36 | 0.34 | 剩余部分 | 30.0 | Good |
| 实施例17 | 4.84 | 0.28 | － | 0.24 | 0.33 | 剩余部分 | 32.5 | Good |
| 比较例2 | 5.00 | － | － | － | 0.30 | 剩余部分 | 37.8 | Good |
| 比较例4 | 3.95 | 0.39 | － | 0.30 | 0.30 | 剩余部分 | 23.0 | Bad |
| 比较例5 | 4.90 | 0.59 | － | － | 0.30 | 剩余部分 | 19.2 | Bad |
＜耐腐蚀性试验＞
使用与上述实施例1以及比较例2相同的合金，铸造出了试验片。关于该试验片，使用复合循环试验机(板桥理化工业(株)制)，来进行中性盐雾试验(JIS Z 2371(对应于ISO9227))，并测定了24小时后的腐蚀失重。其值示于表4。将腐蚀失重为0.25％以下的例子评价为Good。关于实施例1的合金，确认到了：与作为现有合金的AM50亦即比较例2之间没有大的差别，即便在耐腐蚀性方面也能够没有问题地使用。
[表4]
Claims (2)
1.一种铸造用镁合金，其特征在于，
所述铸造用镁合金含有：4.4质量％以上且5.5质量％以下的Al、0.2质量％以上且0.5质量％以下的Ca、0.2质量％以上且0.4质量％以下的混合稀土金属、0.1质量％以上且0.6质量％以下的Mn、小于0.01质量％的Y，剩余部分为Mg和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的铸造用镁合金，其特征在于，
所述铸造用镁合金含有0.4质量％以下的Ca、0.35质量％以下的混合稀土金属。
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