一種阻燃高強(qiáng)鎂合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種阻燃高強(qiáng)鎂合金及其制備方法，該鎂合金由以下質(zhì)量百分比的組分組成：3％～7％Al，0.5％～2.1％Y，0.5％～1.5％CaO，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的阻燃高強(qiáng)鎂合金，合金組分為Mg-Al-Y-CaO，通過(guò)向Mg-Al合金中添加稀土元素Y和氧化鈣，在提高鎂合金燃點(diǎn)的同時(shí)，通過(guò)合金化改善鎂合金的顯微組織，進(jìn)而提高其室溫及高溫條件下的抗拉強(qiáng)度；通過(guò)控制特定稀土的含量，引入廉價(jià)的氧化鈣組分，顯著提高了鎂合金的力學(xué)性能和耐熱阻燃性能，解決現(xiàn)有鎂合金不能同時(shí)兼顧良好的阻燃性能與力學(xué)性能的問(wèn)題，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種阻燃局強(qiáng)撲合金及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種阻燃高強(qiáng)鎂合金，同時(shí)還涉及一種 阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)異的鑄造性能以 及高的阻尼抗振性能，易于回收利用，具有環(huán)保特性，有著非常廣泛的應(yīng)用前景，受到航空 航天、電子通訊以及汽車工業(yè)等行業(yè)的青睞，成為最具有潛力的金屬結(jié)構(gòu)材料之一。Mg-Al 系合金具有良好的鑄造工藝性能，較高的力學(xué)性能，較小的熱裂傾向，并且成本較低，易于 成型，成為應(yīng)用最廣泛的鎂合金，如AZ31，AZ91，AZ80及AM50等。
[0003] 但是，由于鎂合金的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，極易與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生 劇烈燃燒。鎂合金的這種易于氧化燃燒的特點(diǎn)給合金的生產(chǎn)、加工和處理帶來(lái)了非常大的 困難，極大地阻礙了鎂合金的廣泛應(yīng)用，獲得理想的阻燃鎂合金一直是鎂合金研究領(lǐng)域的 一個(gè)重要課題。國(guó)內(nèi)外對(duì)鎂合金的阻燃問(wèn)題給予了廣泛的關(guān)注和高度重視。目前，工業(yè)上普 遍采用熔劑覆蓋法和氣體保護(hù)法來(lái)解決鎂合金熔煉過(guò)程中的燃燒問(wèn)題，但是現(xiàn)有阻燃方法 存在環(huán)境污染以及合金性能降低的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外對(duì)阻燃鎂合金進(jìn)行了很多研究，相關(guān)文獻(xiàn) 已經(jīng)報(bào)道了通過(guò)Ca、Be、Re等元素合金化制備的阻燃鎂合金，取得了一定的成果?，F(xiàn)有技術(shù) 中，中國(guó)專利ZL99113861.9"鑄造阻燃鎂合金及其熔煉和鑄造工藝"中提出了一種含Al、Sr、 Be和稀土元素的阻燃鎂合金，其燃點(diǎn)溫度可以達(dá)到740°C，但是其抗拉強(qiáng)度只有l(wèi)6〇MPa，延 伸率只有2%，其強(qiáng)度和延伸率還不能滿足現(xiàn)在的工業(yè)應(yīng)用?，F(xiàn)階段,將提高鎂合金的阻燃 性能與改善鎂合金的組織和力學(xué)性能有機(jī)結(jié)合起來(lái)成為目前學(xué)者研究的重點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種阻燃高強(qiáng)鎂合金，解決現(xiàn)有鎂合金不能同時(shí)兼顧良好的 阻燃性能與力學(xué)性能的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種阻燃高強(qiáng)鎂合金，由以下質(zhì) 量百分比的組分組成：3%?7% A1，0. 5%?2. 1% Υ，0· 5%?1. 5% CaO,余量為Mg和不可 避免的雜質(zhì)。
[0007] 其中，雜質(zhì)元素 Fe、Cu和Ni的總質(zhì)量百分比小于〇· 2%。
[0008]本發(fā)明的阻燃高強(qiáng)鎂合金是以鎂、鋁、氧化鈣和中間合金Mg-Y為原料熔煉鑄造并 經(jīng)過(guò)固溶和時(shí)效熱處理制備而成。
[0009] 一種上述的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，包括下列步驟：
[0010] 1)將原料鎂、鋁在C02+SF6混合氣體保護(hù)下熔化，形成合金熔液A ;
[0011] 2)當(dāng)合金熔液A的溫度為680?700?時(shí)，加入中間合金Mg-Y和氧化鈣并保溫 lOmin，待合金全部熔化后去除表面浮渣，升溫至720°C后，得合金熔液B ;
[0012] 3)待合金熔液B的溫度降至680°C，澆鑄到模具中，得鑄態(tài)合金；
[0013] 4)對(duì)步驟3)所得鑄態(tài)合金進(jìn)行熱處理，即得所述阻燃高強(qiáng)鎂合金。
[0014] 所述原料鎂、鋁、中間合金Mg-Y和氧化鈣使用前經(jīng)預(yù)熱處理。
[0015] 所述預(yù)熱的溫度為150?200°C。
[0016] 步驟3)中所述模具澆鑄前經(jīng)預(yù)熱處理。
[0017] 所述模具預(yù)熱處理的溫度為180?250°C。
[0018] 步驟4)中所述熱處理是對(duì)鑄態(tài)合金依次進(jìn)行固溶處理和實(shí)效處理。
[0019] 所述固溶處理的溫度為415?430°C，處理時(shí)間為10?14h。
[0020] 所述時(shí)效處理的溫度為2〇0?25〇°C，處理時(shí)間為10?20h。
[0021] 本發(fā)明的阻燃高強(qiáng)鎂合金，合金組分為Mg-Al-Y-CaO。A1是鎂合金中重要的合金 元素，在鎂基體中有很大的固溶度，可以起到明顯的強(qiáng)化作用，其強(qiáng)化作用表面在兩方面， 一是通過(guò)形成1^#1 12相的第二相強(qiáng)化，二是通過(guò)A1原子在鎂基體中的固溶強(qiáng)化。由于 Mg17Al12相易于軟化，故合金中A1的含量控制在7%以下，但是過(guò)低的A1會(huì)損害鎂合金的鑄 造性能，A1的含量不應(yīng)低于3%，故鎂合金中的A1含量為3%?7% A1。多元微合金化是 提高M(jìn)g-Al系鎂合金性能的有效方法，在所有合金元素中，稀土元素是提高鎂合金力學(xué)性 能和阻燃性能最有效的合金元素，本發(fā)明通過(guò)添加少量的稀土元素 Y改善鎂合金組織和性 能，稀土元素的過(guò)量添加會(huì)增加合金密度更重要的是提高合金成本，故本發(fā)明中Y的添加 量為0· 5%?2. 1 %。相關(guān)研究表明，利用CaO取代Ca在Mg-Al系合金中進(jìn)行添加，是一種 更加低成本的提高鎂合金力學(xué)性能和阻燃性能的方法，少量CaO能夠替代Ca在鎂合金中所 起到的有益作用，提高鎂合金的燃點(diǎn)以及抗高溫氧化性能，能夠細(xì)化鎂合金的顯微組織進(jìn) 而提高其力學(xué)性能，但CaO過(guò)量會(huì)影響鑄造性能，因此本發(fā)明的CaO加入量不高于1.5wt%， 本發(fā)明的多元阻燃高強(qiáng)鎂合金在控制合金元素添加量及成本的基礎(chǔ)上，綜合利用各合金元 素的協(xié)同強(qiáng)化作用，提高鎂合金性能。
[0022] 本發(fā)明的阻燃高強(qiáng)鎂合金，合金組分為Mg-Al-Y-Ca0,通過(guò)向Mg-A1合金中添加稀 土元素 Y和氧化鈣，在提高鎂合金燃點(diǎn)的同時(shí)，通過(guò)合金化改善鎂合金的顯微組織，進(jìn)而提 高其室溫及高溫條件下的抗拉強(qiáng)度；通過(guò)控制特定稀土的含量，引入廉價(jià)的氧化鈣組分，顯 著提高了鎂合金的力學(xué)性能和耐熱阻燃性能，解決現(xiàn)有鎂合金不能同時(shí)兼顧良好的阻燃性 能與力學(xué)性能的問(wèn)題，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0023] 本發(fā)明的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，以鎂、鋁、氧化鈣和中間合金Mg-Y為原料 熔煉鑄造并經(jīng)過(guò)熱處理工藝，通過(guò)復(fù)合微合金化，所得鎂合金具有較高的燃點(diǎn)和優(yōu)異的室 溫、高溫力學(xué)性能，保證了高溫條件下工作時(shí)的安全可靠性；本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單， 操作方便，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0025]

【具體實(shí)施方式】中涉及的原料鎂（Mg)，鋁（A1)、氧化鈣（CaO)和中間合金Mg-Y均為 市售產(chǎn)品。
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 本實(shí)施例的阻燃高強(qiáng)鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：3% Al，2. 1% Y， 0· 5% CaO,余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。其中，雜質(zhì)元素 Fe、Cu和Ni的總質(zhì)量百分比小 于 0· 2%。
[0028] 本實(shí)施例的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，包括下列步驟：
[0029] 1)將原料鎂、鋁、中間合金Mg-Y和氧化鈣預(yù)熱至200-C，備用；
[0030] 2)采用剛玉坩堝、中頻感應(yīng)爐熔煉，將預(yù)熱后的原料鎂、鋁在C〇2+SF6混合氣體保 護(hù)下熔化，形成合金熔液A ;
[0031] 3)當(dāng)合金熔液A的溫度為690°C時(shí)，加入中間合金Mg-Y和氧化鈣顆粒并保溫 lOmin，待合金全部熔化后去除表面浮渣，升溫至720°C后停止升溫，得合金熔液b ;合金各 組分的加入量按上述含量要求確認(rèn)；
[0032] 4)將鋼制模具預(yù)熱至180°C，待合金熔液B的溫度降至680?，澆鑄到預(yù)熱后的模 具中，得鑄態(tài)合金； 川、
[0033] 5)對(duì)步驟4)所得鑄態(tài)合金依次進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理，固溶處理的溫度 為425°C，處理時(shí)間為12h ;時(shí)效處理的溫度為200°C，處理時(shí)間為20h，即得合金組分為 Mg-3A1-2. 1Y-0. 5CaO的阻燃高強(qiáng)鎂合金。
[0034] 實(shí)施例2
[0035]本實(shí)施例的阻燃高強(qiáng)鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：5% Al，1. 3% Y， 1. 0% CaO,余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。其中，雜質(zhì)元素 Fe、Cu和Ni的總質(zhì)量百分比小 于 0· 2%。
[0036] 本實(shí)施例的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，包括下列步驟：
[0037] 1)將原料鎂、鋁、中間合金Mg-Y和氧化鈣預(yù)熱至175°C，備用；
[0038] 2)采用剛玉坩堝、中頻感應(yīng)爐熔煉，將預(yù)熱后的原料鎂、鋁在C〇2+SF6混合氣體保 護(hù)下熔化，形成合金熔液A ;
[0039] 3)當(dāng)合金熔液A的溫度為700°C時(shí)，加入中間合金Mg-Y和氧化鈣顆粒并保溫 lOmin，待合金全部溶化后去除表面浮漁，升溫至720°C后停止升溫，得合金溶液b ;合金各 組分的加入量按上述含量要求確認(rèn)；
[0040] 4)將鋼制模具預(yù)熱至250°C，待合金熔液B的溫度降至68(TC,澆鑄到預(yù)熱后的模 具中，得鑄態(tài)合金；
[0041 ] 5)對(duì)步驟4)所得鑄態(tài)合金依次進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理，固溶處理的溫度 為415?，處理時(shí)間為14h;時(shí)效處理的溫度為250°C，處理時(shí)間為1〇h，即得合金組分為 Mg-5A1-1. 3Y-1. OCaO的阻燃高強(qiáng)鎂合金。
[0042] 實(shí)施例3
[0043] 本實(shí)施例的阻燃局強(qiáng)鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：7% A1，0. 5% Y， 1. 5% CaO,余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。其中，雜質(zhì)元素 Fe、Cu和Ni的總質(zhì)量百分比小 于 0.2%。
[0044] 本實(shí)施例的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，包括下列步驟：
[0045] 1)將原料鎂、鋁、中間合金Mg-Y和氧化鈣預(yù)熱至150°C,備用；
[0046] 2)采用剛玉坩禍、中頻感應(yīng)爐熔煉，將預(yù)熱后的原料鎂、錯(cuò)在C〇2+SF6混合氣體保 護(hù)下熔化，形成合金熔液A ;
[0047] 3)當(dāng)合金熔液A的溫度為680°C時(shí)，加入中間合金Mg-Y和氧化鈣顆粒并保溫 lOmin，待合金全部熔化后去除表面浮渣，升溫至720°C后停止升溫，得合金熔液B ;合金各 組分的加入量按上述含量要求確認(rèn)；
[0048] 4)將鋼制模具預(yù)熱至215°C，待合金熔液B的溫度降至680°C，澆鑄到預(yù)熱后的模 具中，得鑄態(tài)合金；
[0049] 5)對(duì)步驟4)所得鑄態(tài)合金依次進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理，固溶處理的溫度 為430°C，處理時(shí)間為10h;時(shí)效處理的溫度為225°C，處理時(shí)間為15h，即得合金組分為 Mg-7A1_0. 5Y-1. 5CaO的阻燃高強(qiáng)鎂合金。
[0050] 實(shí)驗(yàn)例
[0051] 本實(shí)驗(yàn)例對(duì)實(shí)施例1-3所得阻燃高強(qiáng)鎂合金的性能進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)方法為：按照 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6397-86《金屬拉伸實(shí)驗(yàn)試樣》加工成5倍標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在日本島津AG-I250kN 電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸，拉伸速率為lmm/min ;在進(jìn)行高溫拉伸時(shí)，要保溫1〇分鐘，再 進(jìn)行拉伸。結(jié)果如表1所示。
[0052] 表1實(shí)施例1-3所得阻燃高強(qiáng)鎂合金的性能檢測(cè)結(jié)果
[0053]

【權(quán)利要求】
1. 一種阻燃高強(qiáng)鎂合金，其特征在于：由以下質(zhì)量百分比的組分組成：3%?7% Al， 0. 5%?2. 1% Y，0. 5%?1. 5% CaO,余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
2. -種如權(quán)利要求1所述的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，其特征在于：包括下列步 驟： 1) 將原料鎂、鋁在C02+SF6混合氣體保護(hù)下熔化，形成合金熔液A ; 2) 當(dāng)合金熔液A的溫度為680?700°C時(shí)，加入中間合金Mg-Y和氧化鈣并保溫lOmin， 待合金全部熔化后去除表面浮渣，升溫至720°C后，得合金熔液B ; 3) 待合金熔液B的溫度降至680°C，澆鑄到模具中，得鑄態(tài)合金； 4) 對(duì)步驟3)所得鑄態(tài)合金進(jìn)行熱處理，即得所述阻燃高強(qiáng)鎂合金。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，其特征在于：所述原料鎂、鋁、 中間合金Mg-Y和氧化鈣使用前經(jīng)預(yù)熱處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，其特征在于：所述預(yù)熱的溫度 為 150 ?200°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，其特征在于：步驟3)中所述模 具澆鑄前經(jīng)預(yù)熱處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，其特征在于：所述模具預(yù)熱處 理的溫度為180?250°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，其特征在于：步驟4)中所述熱 處理是對(duì)鑄態(tài)合金依次進(jìn)行固溶處理和實(shí)效處理。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，其特征在于：所述固溶處理的 溫度為415?430°C，處理時(shí)間為10?14h。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的阻燃高強(qiáng)鎂合金的制備方法，其特征在于：所述時(shí)效處理的 溫度為200?250°C，處理時(shí)間為10?20h。
【文檔編號(hào)】C22C23/02GK104233027SQ201410251364
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】陳君, 李梅菊, 李全安, 張清, 付三玲, 劉文闖, 陳曉亞, 陳雷雷 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)