一種Te增強(qiáng)的Mg-Al-Zn鎂合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000?]本發(fā)明涉及一種添加 Te增強(qiáng)Mg-Al-Zn鎂合金材料的制備方法，屬于金屬材料及金 屬熔煉技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，減重對(duì)航空航天、汽車工業(yè)、軍事以及方程式賽車等領(lǐng)域有著巨大的意 義，每減輕0.45 Kg，普通交通運(yùn)輸工具可節(jié)省300美元，航天飛行器可節(jié)省30000美元，并隨 著大氣污染情況迅速加重，各國對(duì)汽車百里燃耗以及尾氣排放做出了嚴(yán)格規(guī)定，汽車的減 重會(huì)大大提高燃油效率，其尾氣排放也自然地會(huì)得以降低。Mg合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材 料，其密度為1.81 g/cm3,具有巨大的減重潛力。鎂合金除具有密度低這一優(yōu)點(diǎn)外還具有高 的比強(qiáng)度和剛度、減震性能、磁屏蔽性能、切削性能及可回收性等一些優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 目前商用化最廣泛的鎂合金是Mg-Al-Zn鎂合金，雖然Mg-Al-Zn鎂合金具有很多優(yōu) 點(diǎn)，但是其強(qiáng)度低，尤其是當(dāng)使用溫度超過l〇〇°C時(shí)會(huì)迅速失去強(qiáng)度，而對(duì)于汽車動(dòng)力系統(tǒng) 部件的材料來說，通常最高工作溫度都會(huì)超過100°c，因此，提高M(jìn)g-Al-Zn鎂合金的室溫及 高溫強(qiáng)度是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在Mg-Al-Zn鎂合金中加入6(14^&、1^、？〇411等稀土元素 即可以提高室溫強(qiáng)度，還可以提高高溫強(qiáng)度。但是，由于這些稀土元素的加入，使得這類合 金的成本高，限制了其應(yīng)用。Te元素?zé)o毒，價(jià)格較稀土元素便宜，并且其熔點(diǎn)較低只有449.5 °C，在鎂合金熔煉溫度下容易加入，適合應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決Mg-Al-Zn鎂合金強(qiáng)度低這一問題，本發(fā)明提供了一種Te元素增強(qiáng)Mg-Al-Zn合金材料及其制備技術(shù)。在Mg-Al-Zn鎂合金中，采用重力鑄造法，以適當(dāng)工藝加入一定量 的Te元素，改善了合金的微觀組織，提高了 Mg-Al-Zn系鎂合金室溫和高溫強(qiáng)度以及塑性。與 傳統(tǒng)的Mg-Al-Zn鑄造鎂合金相比，無論在鑄態(tài)還是高溫（150°C)條件下，本發(fā)明合金比Mg-Al-Zn 鑄造鎂合金的強(qiáng)度明顯提升，并且鑄態(tài)條件下本發(fā)明合金的塑性提升效果更加明顯。 鑄態(tài)條件下，本發(fā)明合金比AZ91鑄造鎂合金抗拉強(qiáng)度最高提高30MPa，提高了20%，屈服強(qiáng)度 最高提高23MPa，提高了 27.4%，伸長(zhǎng)率增加到12.23%，提升了 247%，塑性提高顯著，硬度有些 許增加，但效果不明顯。高溫（150°C)條件下，本發(fā)明合金比Mg-Al-Zn鑄造鎂合金抗拉強(qiáng)度 最高提高53MPa，提升了48.6%，屈服強(qiáng)度最高提高23MPa，提升了30.3%，伸長(zhǎng)率最高達(dá)到 15.08%，提升了 134.5%。本發(fā)明合金熔煉溫度較低，成本較低，成分易于控制，合金品質(zhì)高， 適用于大批量生產(chǎn)。
[0005] 本發(fā)明的特點(diǎn)在于： 通過合金化強(qiáng)化方式在Mg-Al-Zn鎂合金中添加 Te元素，在提高鎂合金室溫強(qiáng)度和塑性 的效果下，還有效提高了鎂合金的高溫強(qiáng)度。金相組織顯示，加入Te元素后合金的微觀組織 得到了明顯的細(xì)化，組織變得更加均勻。Te在Mg中固溶度極小，作為表面活性元素吸附在晶 面上，從而降低表面能，降低晶粒長(zhǎng)大所需的形核功，增加結(jié)晶核心，起到細(xì)化晶粒的效果。 Te的加入在Mg-Al-Zn鎂合金中形成了細(xì)小彌散分布的顆粒狀新相Al2Te3相，割斷了 β相的連 續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。Al2Te3相熔點(diǎn)為895°C，熱穩(wěn)定性好，可以有效的釘扎晶界，阻礙晶界處的變形。 所以，Te元素產(chǎn)生的固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化復(fù)合作用是使合金強(qiáng)度和塑性性能得到 明顯提高的主要原因。
[0006] 本發(fā)明是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的： 本發(fā)明合金由以下重量配比的組分組成：7%~10.5%A1、0.25%~1.25%Zn、0.2%~1.2%Te， 其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。
[0007] 本發(fā)明合金材料最佳的成分配比為:9.0%A1、0.8%Zn、0.9% Te，其余為鎂和不可避 免雜質(zhì)。
[0008] 本發(fā)明合金的制備方法為： (1) 按重量配比取純Mg錠、純A1錠、純Zn錠和純Te錠為原料； (2) 將所確定的質(zhì)量配比Mg錠、A1錠放入石墨粘土坩堝中，并在電阻爐中加熱熔化，當(dāng) 溫度達(dá)到400 °C左右時(shí)通入SF6:C02體積比為1:200的氣體進(jìn)行合金的保護(hù)，待合金完全熔化 后，加入預(yù)熱到100~150 °C的純Zn錠和純Te錠，將熔體溫度升至700~740 °C時(shí)，靜置5分鐘后 加入精煉劑進(jìn)行精煉，迅速攪拌均勻，靜置10~20分鐘后扒渣，澆注鋼模中凝固成形，得到一 種Te增強(qiáng)的Mg-Al-Zn合金材料及鑄件。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 實(shí)施例1 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成重量配比(wt%)為:9.0%A1、0.8%Zn、0.2%Te，其余為鎂和不可 避免雜質(zhì)。
[0010]采取以下工藝步驟制得： (1) 按重量配比取純Mg錠、純A1錠、純Zn錠和純Te錠為原料； (2) 將所確定的質(zhì)量配比的Mg錠、A1錠放入石墨粘土坩堝中，并在電阻爐中加熱熔化， 當(dāng)溫度達(dá)到400 °C左右時(shí)通入SF6:C02體積比為1:200的氣體進(jìn)行合金的保護(hù)，待合金完全熔 化后，加入預(yù)熱到100~150 °C的純Zn錠和純Te錠，將熔體溫度升至730 °C時(shí)，靜置5分鐘后加 入精煉劑進(jìn)行精煉，迅速攪拌均勻，靜置10~20分鐘后扒渣，澆注鋼模中凝固成形，得到一種 Te增強(qiáng)的Mg-Al-Zn合金材料及鑄件。所得合金性能見表1。
[0011] 實(shí)施例2 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成重量配比(wt%)為:7%A1、0.25%Zn、1.2%Te，其余為鎂和不可 避免雜質(zhì)。
[0012] 采取以下工藝步驟制得： (1) 按重量配比取純Mg錠、純A1錠、純Zn錠和純Te錠為原料； (2) 將所確定的質(zhì)量配比的Mg錠、A1錠放入石墨粘土坩堝中，并在電阻爐中加熱熔化， 當(dāng)溫度達(dá)到400 °C左右時(shí)通入SF6:C02體積比為1:200的氣體進(jìn)行合金的保護(hù)，待合金完全熔 化后、加入預(yù)熱到100~150°C的純Zn錠和純Te錠，將熔體溫度升至700°C時(shí)，靜置5分鐘后加 入精煉劑進(jìn)行精煉，迅速攪拌均勻，靜置10~20分鐘后扒渣，澆注鋼模中凝固成形，得到一種 Te增強(qiáng)的Mg-Al-Zn合金材料及鑄件。所得合金性能見表1。
[0013] 實(shí)施例3 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成重量配比(Wt%)為:9.0%A1、0.8%Zn、0.9%Te，其余為鎂和不可 避免雜質(zhì)。
[0014] 采取以下工藝步驟制得： (1) 按重量配比取純Mg錠、純A1錠、純Zn錠和純Te錠為原料； (2) 將所確定的質(zhì)量配比的Mg錠、A1錠放入石墨粘土坩堝中，并在電阻爐中加熱熔化， 當(dāng)溫度達(dá)到400 °C左右時(shí)通入SF6:C02體積比為1:200的氣體進(jìn)行合金的保護(hù)，待合金完全熔 化后、加入預(yù)熱到100~150°C的純Zn錠和純Te錠，將熔體溫度升至715°C時(shí)，靜置5分鐘后加 入精煉劑進(jìn)行精煉，迅速攪拌均勻，靜置10~20分鐘后扒渣，澆注鋼模中凝固成形，得到一種 Te增強(qiáng)的Mg-Al-Zn合金材料及鑄件。所得合金性能見表1。
[0015] 實(shí)施例4 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成重量配比(wt%)為:9.0%A1、0.8%Zn、1.2%Te，其余為鎂和不可 避免雜質(zhì)。
[0016] 采取以下工藝步驟制得： (1) 按重量配比取純Mg錠、純A1錠、純Zn錠和純Te錠為原料； (2) 將所確定的質(zhì)量配比的Mg錠、A1錠放入石墨粘土坩堝中，并在電阻爐中加熱熔化， 當(dāng)溫度達(dá)到400 °C左右時(shí)通入SF6:C02體積比為1:200的氣體進(jìn)行合金的保護(hù)，待合金完全熔 化后、加入預(yù)熱到100~150°C的純Zn錠和純Te錠，將熔體溫度升至700°C時(shí)，靜置5分鐘后加 入精煉劑進(jìn)行精煉，迅速攪拌均勻，靜置10~20分鐘后扒渣，澆注鋼模中凝固成形，得到一種 Te增強(qiáng)的Mg-Al-Zn合金材料及鑄件。所得合金性能見表1。
[0017] 選取與該實(shí)施例合金組元相近的AZ91鎂合金作為對(duì)比例，其組成成分為:9.0%A1、 0.8%Zn，其余為鎂。對(duì)比例和實(shí)施例的力學(xué)性能對(duì)比結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，無論在鑄態(tài) 下還是高溫（150°C)條件下，本發(fā)明合金比AZ91鑄造鎂合金的強(qiáng)度明顯提升，并且鑄態(tài)條件 下本發(fā)明合金的塑性提升效果更加明顯。鑄態(tài)條件下，本發(fā)明合金比AZ91鑄造鎂合金抗拉 強(qiáng)度最高提高30MPa，提高了 20%，屈服強(qiáng)度最高提高23MPa，提高了 27.4%，伸長(zhǎng)率增加到 12.23%，提升了247%，塑性提高的非常明顯，硬度有些許增加。高溫（150°C)條件下，本發(fā)明 合金比AZ91鑄造鎂合金抗拉強(qiáng)度最高提高53MPa，提升了48.6%，屈服強(qiáng)度最高提高23MPa， 提升了 30.3%，伸長(zhǎng)率最高達(dá)到15.08%，提升了 134.5%。
[0018] 表1本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例材料的力學(xué)性能對(duì)比
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Te增強(qiáng)的Mg-Al-Zn合金，其特征在于：是由以下重量百分比的材料組成：7%~ 10 · 5%A1、0 · 25%~1 · 25%Zn、0 · 2%~1 · 2%Te，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。2. 權(quán)利要求1所述的Te增強(qiáng)的Mg-Al-Zn合金，最佳的合金成分配比為:9.0%A1、0.8%Zn、 0.9%Te，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。3. 權(quán)利要求1所述的Te增強(qiáng)的Mg-Al-Zn合金的制備方法，其特征在于具體工藝步驟為： (1) 按重量配比取純Mg錠、純A1錠、純Zn錠和純Te錠為原料； (2) 將所確定質(zhì)量配比的Mg錠、A1錠放入石墨粘土坩堝中，并在電阻爐中加熱熔化，當(dāng) 溫度達(dá)到400 °C左右時(shí)通入SF6:C02體積比為1:200的氣體進(jìn)行合金的保護(hù)，待合金完全熔化 后、加入預(yù)熱到100~150°C的純Zn錠和純Te錠，將熔體溫度升至700~740°C，靜置5分鐘后加 入精煉劑進(jìn)行精煉，迅速攪拌均勻，靜置10~20分鐘后扒渣，澆注鋼模中凝固成形，得到一種 Te增強(qiáng)的Mg-Al-Zn合金材料及鑄件。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過添加Te增強(qiáng)Mg-Al-Zn鎂合金材料的技術(shù)。本發(fā)明Te增強(qiáng)的Mg-Al-Zn鎂合金是由以下配比的組分組成(wt%)：7%~10.5%Al、0.25%~1.25%Zn、0.2%~1.2%Te，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。最佳的合金成分配比為：9.0%Al、0.8%Zn、0.9%Te，其余為鎂。本發(fā)明在Mg-Al-Zn鎂合金中，通過一定的工藝，加入一定量的Te，使合金微觀組織發(fā)生變化和明顯細(xì)化，使得Mg-Al-Zn鎂合金的室溫和高溫力學(xué)性能得到明顯的提高，并且室溫條件下Mg-Al-Zn鎂合金的塑性提升非常顯著。本發(fā)明合金熔煉溫度較低，成分易于控制，合金品質(zhì)高，純Te價(jià)格較低，與Gd、Er、Ce、La、Po、Eu等稀土元素增強(qiáng)Mg-Al-Zn鎂合金相比，降低了生產(chǎn)成本，適用于大批量生產(chǎn)。
【IPC分類】C22C23/02, C22C1/06
【公開號(hào)】CN105624500
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610019903
【發(fā)明人】崔淑婧, 耿浩然, 武祥為
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年1月13日