本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的鎂合金，具體是一種與水發(fā)生可控反應(yīng)的鎂合金及其構(gòu)件的制造方法。
背景技術(shù)：
鎂合金具有電極電位低的特點(diǎn)，除在含部分離子溶液條件下表面發(fā)生鈍化外，鎂合金的化學(xué)性質(zhì)較為活潑。另一方面，鎂合金可通過合金化實(shí)現(xiàn)較高的比強(qiáng)度。利用鎂合金的這兩個(gè)特點(diǎn)，可將鎂合金制成構(gòu)件，應(yīng)用于特定的工業(yè)領(lǐng)域。
鎂合金的化學(xué)性質(zhì)雖然較為活潑，但在常溫下，鎂與水的反應(yīng)速度極其微弱，主要原因在于反應(yīng)生成的氫氧化鎂可阻止鎂與水的進(jìn)一步反應(yīng)，即使加熱至沸騰，也只能觀測到較為緩慢的反應(yīng)。由于在一定溫度范圍內(nèi)，常規(guī)鎂合金與水的反應(yīng)速率偏低，且可控范圍較窄，因此無法滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。通過合金化方法，提高鎂合金與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速率，是拓展鎂合金在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未搜索到國內(nèi)外類似的資料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有鎂合金材料的不足，提供一種與水發(fā)生快速可控反應(yīng)的鎂合金及其構(gòu)件的制造方法。所述的鎂合金添加Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進(jìn)元素（MRAE），這些元素與鎂形成的相可在鎂與水反應(yīng)過程破壞氫氧化鎂的連續(xù)性，嚴(yán)格控制Be、Zr、Ca等元素，從而達(dá)到促進(jìn)鎂與水反應(yīng)的效果。在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)控合金化元素比例，可相應(yīng)調(diào)控鎂合金與水的反應(yīng)速率，從而使鎂合金滿足在特殊工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
第一方面：本發(fā)明提供一種與水發(fā)生可控反應(yīng)的鎂合金，包含組分及重量百分比為：Al7.0~10.0%，Zn0.5~1.5%，Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進(jìn)元素（MRAE）的總含量0.15~1.85%，Mg為余量，雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。
第二方面，本發(fā)明提供一種所述鎂合金的構(gòu)件制造方法，所述制造方法具體包含如下步驟。
預(yù)處理：按重量百分比稱取鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳預(yù)熱。
熔煉澆注：將預(yù)處理后的原材料均勻混合，熔煉；經(jīng)覆蓋、精煉處理后澆注，得到鑄錠。
均勻化熱處理：對所述鑄錠在一定溫度下保溫一段時(shí)間。
熱變形加工：對所述鑄錠在一定溫度下進(jìn)行熱變形加工，得到鍛件或型材。
時(shí)效熱處理：對所述鍛件或型材在一定溫度下保溫一段時(shí)間。
優(yōu)選地，預(yù)處理的步驟中，所述預(yù)熱的溫度為200℃，時(shí)間8小時(shí)。
優(yōu)選地，熔煉澆注的步驟中，所述覆蓋采用的覆蓋劑為JDMF，所述精煉采用的精煉劑為JDMJ，所述的澆注溫度為680~710℃。
優(yōu)選地，均勻化熱處理的步驟中，所述的保溫條件為400~440℃下12~16小時(shí)。
優(yōu)選地，熱變形加工步驟中，所述的熱變形溫度為320~370℃，總變形量為70%~95%。
優(yōu)選地，時(shí)效熱處理步驟中，所述的保溫條件為160~180℃下20~40小時(shí)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明所述鎂合金制造的構(gòu)件，在具備常規(guī)鎂合金構(gòu)件力學(xué)性能的同時(shí)，可在室溫或加熱時(shí)與水發(fā)生較快的可控反應(yīng)，適合應(yīng)用于對結(jié)構(gòu)材料有環(huán)保降解需求的工業(yè)領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1。
制造重量百分比為Mg-7.0%Al-0.5%Zn-0.15%MRAE的鎂合金構(gòu)件，Mg為余量，雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。包括以下步驟。
預(yù)處理步驟：按重量百分比稱取鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時(shí)。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑JDMJ進(jìn)行精煉處理，使各合金成分均勻混合，去除夾雜物，在680℃澆注，得到鑄錠。
均勻化熱處理步驟：在400℃對鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，處理時(shí)間為12小時(shí)。
熱變形加工步驟：在320℃對鑄錠進(jìn)行擠壓加工，總變形量為95%，得到擠壓型材。
時(shí)效熱處理步驟：在160℃下對擠壓型材進(jìn)行時(shí)效熱處理，處理時(shí)間為40小時(shí)。
本實(shí)施例制造的構(gòu)件具備一定的與水發(fā)生反應(yīng)的能力，對水稍許加熱即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件與水的明顯反應(yīng)。力學(xué)性能可達(dá)到Rm≥300MPa，Rp0.2≥200MPa，A≥3%。
實(shí)施例2。
制造重量百分比為Mg-8.5%Al-1.0%Zn-1.0%MRAE的鎂合金構(gòu)件，Mg為余量，雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。包括以下步驟。
預(yù)處理步驟：按重量百分比稱取鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時(shí)。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑JDMJ進(jìn)行精煉處理，使各合金成分均勻混合，去除夾雜物，在680℃澆注，得到鑄錠。
均勻化熱處理步驟：在420℃對鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，處理時(shí)間為14小時(shí)。
熱變形加工步驟：在345℃對鑄錠進(jìn)行鍛造加工，總變形量為85%，得到鍛件。
時(shí)效熱處理步驟：在170℃下對鍛件進(jìn)行時(shí)效熱處理，處理時(shí)間為30小時(shí)。
本實(shí)施例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生明顯反應(yīng)，對水稍許加熱即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件與水的快速反應(yīng)。力學(xué)性能可達(dá)到Rm≥320MPa，Rp0.2≥220MPa，A≥2%。
實(shí)施例3。
制造重量百分比為Mg-10.0%Al-1.5%Zn-1.85%MRAE的鎂合金構(gòu)件，Mg為余量，雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。包括以下步驟：
預(yù)處理步驟：按重量百分比稱取鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時(shí)。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑JDMJ進(jìn)行精煉處理，使各合金成分均勻混合，去除夾雜物，在710℃澆注，得到鑄錠。
均勻化熱處理步驟：在440℃對鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，處理時(shí)間為16小時(shí)。
熱變形加工步驟：在370℃對鑄錠進(jìn)行擠壓加工，總變形量為70%，得到擠壓型材。
時(shí)效熱處理步驟：在180℃下對擠壓型材進(jìn)行時(shí)效熱處理，處理時(shí)間為20小時(shí)。
本實(shí)施例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生快速反應(yīng)。力學(xué)性能可達(dá)到Rm≥340MPa，Rp0.2≥240MPa，A≥1.5%。
對比例1。
本對比例是實(shí)施例1的對比例，本對比例涉及一種鎂合金，與實(shí)施例1不同之處僅在所述鎂合金不含Cu、Si、Fe、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進(jìn)元素。
本對比例鎂合金制造的構(gòu)件在室溫下與水幾乎觀測不到反應(yīng)，即使將水加熱至沸騰也只能發(fā)生微弱的反應(yīng)。
對比例2。
本對比例是實(shí)施例2的對比例，本對比例涉及一種鎂合金，與實(shí)施例2不同之處僅在所述鎂合金的均勻化熱處理?xiàng)l件為500℃下14小時(shí)。
本對比例鎂合金制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生明顯反應(yīng)，對水稍許加熱即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件與水的快速反應(yīng)。但力學(xué)性能不佳，只能達(dá)到：Rm≥240MPa，Rp0.2≥120MPa，A≥1%。
對比例3。
本對比例是實(shí)施例3的對比例，本對比例涉及一種鎂合金，與實(shí)施例3不同之處僅在所述鎂合金不進(jìn)行熱變形加工。
本對比例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生快速反應(yīng)。但力學(xué)性能不佳，只能達(dá)到：Rm≥220MPa，Rp0.2≥100MPa，A≥0.5%。
以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例和對比例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，在權(quán)利要求范圍內(nèi)做出的各種變形和修改，并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。