一种高强度镁合金的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度镁合金及制备方法，它是以镁、铝、锌、钕为原料，在熔炼炉中熔炼，在混合气体保护下，在７２０℃±１０℃熔化，７８０℃±１０℃时加入镁钕中间合金，７４０℃±１０℃精炼，保温，获得镁铝锌钕合金熔液，然后降温至６８０℃～７００℃出炉，经浇铸冷却切制成型，等通道８道次转角挤压，制成高强度镁合金锭，原料配比为镁∶铝∶锌∶钕＝８２∶１５∶２∶１，铝占１５％，铝材料来源丰富，价格低，较经济，稀土元素钕可改变镁合金的金相组织和力学性能，此制备方法工艺流程短，环境污染小，镁合金锭的抗拉强度可提高１４７．４％，屈服强度可提高２１０．６％，延伸率４４８．３％，金相组织致密均匀，平均晶粒尺寸≤２μｍ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属有色金属镁合金制备及应用的

技术介绍
镁合金是最轻的金属材料，具有密度小、比强度和比刚度高、导热导电性能好、阻 尼减振、电磁屏蔽、易于加工成型、废料容易回收等优点，在汽车、电子通信、航空航 天和国防军事等领域具有重要的应用价值。镁合金也有其性能上的缺点，如结晶温度间隔宽，容易形成凝固收縮分布在铸件断面，使合金强度和韧性降低，镁合金为密排六方晶体结构，抗拉强度、屈服强度和延伸率低，较低的电极电位使耐蚀性变差，使镁合金的应用受到很大限制。'目前，镁合金已开发了 Mg-Al、 Mg-Zn、 Mg-RE、 Mg-Mn等多种系列，其中Mg-Al系列镁合金因具有良好的力学性能、耐腐蚀性、铸造性和低廉的成本应用最广。为了提高镁合金的强度、韧性、塑性和抗腐蚀性能，常采用添加合金化元素铝、锰、锌、钙、银、钍和稀土等来生成增强相，对镁合金形成沉淀强化，以提高镁合金的力学性能，这些元素中，Al是Mg合金中最有效合金化元素，Al在Mg中可产生固溶强化、沉淀强化，随着铝含量的增加，Mg-Al系镁合金液相线温度会降低，结晶温度范围会变窄，合金液^动性提高，热烈倾向减小，利于在较低温度下熔炼浇铸，减少镁合金在熔炼过程中镁的燃烧与挥发，Al与其他合金化元素相比，资源丰富、价格低廉，密度小，Al合金化带来的合金增重小，Al含量增加还可使镁合金抗腐蚀性能提高。镁铝合金的Al量增高，硬脆化合物P-MgnAh2相就越多，合金强度、变形抗力就越高，A1含量》8Y。后，塑性下降，镁合金含铝量一般控制在《10%。为了利用铝元素的优点，克服铝元素的缺陷，有的采用压铸法、热轧法、锻压法来 提高镁铝合金的力学性能，但收效甚低，仍不能大幅度提高镁铝合金的强度、韧性、抗 腐蚀性，使镁铝合金在工业上的应用受到了很大限制。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的就是针对
技术介绍
的不足，在普通镁合金的基础上，将铝含量提高到 15%，以增加组织中P-MgnAh2相含量，在混合气体保护下烙炼镁合金锭，采用L型等 通道挤压技术，对镁合金锭进行八道次挤压，细化组织，改善P相形态、分布以及与基 体相间的取向关系，以达到大幅度提高镁合金的强度、韧性、塑性、抗腐蚀能力。技术方案本专利技术使用的化学物质及辅助材料如下以克、毫升、厘米3为计量单位镁Mg478g±lg固态块体铝Al90g±lg固态块体锌Zn12g±0.05g固态块体镁钕中间合金MgNd20g±0.05g固态块体氧化锌ZnO200g±lg固态粉体去离子水H20800ml±5ml液态液体六氟化硫SF640cm3±0.05cm3气态气体二氧化碳C0210000cm3±5cm3气态气体丙酮CH3COCH3500ml±5ml液态液体凡士林C28H530.4g士0扁lg液态糊状石墨C1.6g士0.0001g固态粉体制备方法如下(1)精选化学物质材料 对制备所需的化学物质及辅助材料要进行精选，并进行纯度含量控制-镁Mg 99.8% 铝Al 99.9% 锌Zn 99.8%镁钕中间合金MgNd Nd含量为30y。，镁含量为70%氧化锌ZnO 99.8% 去离子水H20 99.9%六氟化硫SF6 99.5% 二氧化碳C02 99.5% 丙酮CH3COCH3 99.9% 凡士林C28H53 99.4% 石墨C 99.8%(2) 预切制固态块体材料对制备使用的固态块体材料镁、铝、锌、镁钕中间合金要进行预切制，镁、铝块体 尺寸为20x20xl00mm，锌、镁钕中间合金块体尺寸为5x5x10mm;(3) 预制浇铸模具对熔炼、浇铸所需的成型模具要进行预制，模具形状为开合式，模体为不锈钢，模 腔为4个，模具外形尺寸为300x卯x200mm;(4) 熔炼镁合金① 熔炼镁合金是在井式电阻熔炼炉中进行的，熔炼炉为立式结构，主要由炉体、 炉盖、炉腔、接线座、热电偶、进气管、排气孔、坩锅、电控箱组成；② 清理熔炼炉打开熔炼炉，用真空泵抽吸炉腔内灰尘及有害物质，抽吸时间为5minilmin;③ 清理、清洁熔炼坩锅用金属铲、金属刷清除坩锅内残留物，使坩锅内清洁； 用真空泵抽吸坩锅内灰尘及有害物质，抽吸时间为2minilmin; 刷涂熔炼坩锅配制涂料将氧化锌200gilg、去离子水800ml士5ml，置于容器中，用搅拌棒搅 拌，使其混合成粘稠糊状，用毛刷均匀涂抹于坩锅内壁上，涂层厚度为lmm±0.1mm， 然后在烘烤箱中烘干，烘烤温度200'C士5'C，烘干时间20mini5min;⑤ 预热镁块、铝块、锌块、镁钕中间合金块将镁块478gilg、铝块卯g士lg、锌块12g士0.05g、镁钕中间合金块20gi0.05g置于 专用容器中，然后置于烘烤箱中进行预热，预热温度200°C±5'C，预热时间20mini2min;⑥ 熔炼将熔炼坩埚放入电阻熔炼炉，开启电控箱，加热升温，温度由20'C士3'C升温至 400'C士10'C，将预热的镁块、铝块、锌块放入坩埚内，盖好炉盖，继续升温，升温速度为12 14°C/min，升温至720。CilO。C后，保温15 20min，再升温至780°C±10°C，力口 入镁钕中间合金块20g士0.05g，通入混合保护气体，通入速度为100cm3/min,保温20 25min，然后降温至740'C±10°C，进行精炼，恒温、保温静置30mini5min,获得镁铝锌 钕合金熔液，然后降温至680'C 700'C，熔液准备出炉浇铸；混合保护气体组成体积比为SF6: C02:空气=0.2: 50: 49.8;(5) 浇铸合金锭 在烘烤箱中预热开合式浇铸模具，预热温度为200'Ci5'C;用专用工具扒去坩锅内镁铝锌钕合金熔液上的浮渣；将盛有镁铝锌钕合金熔液的坩锅，对准浇铸模具的浇铸口滤网，进行浇铸，当模具腔内注满合金熔液时，停止浇铸；(6) 冷却、脱模浇铸完成后，将模具及合金熔液一起置于自然空气环境中进行冷却，冷却至400。C土5。C;打开模具，取出合金锭，合金锭在自然空气中冷却至2(TC士3'C;(7) 切割成型对浇铸脱模冷却后的合金锭进行切割，成10xlOx50mm的矩形镁合金锭6支，表面 粗糙度Ra0.63 1.25nm;(8) L形等通道挤压成型① 清洗挤压模具通道丙酮100ml±5ml,注入灌洗三次；② 在镁合金锭表面、方形端面挤压棒和斜角端面挤压棒表面涂覆凡士林 0.05g士0.0001g，并粘附石墨粉0.2g土0.0001g;③ 将等通道挤压模具加热至300'C士1(TC;④ 将镁合金锭和方形端面挤压棒垂直放入等通道模具中，预热、静置 15minilmin，使镁合金锭和挤压模具达到热平衡；然后以0.04mm/s的速度进行挤压， 直到方形端面挤压棒距离等通道模具底部为lOmm，退出方形端面挤压棒；再用斜角端 面挤压棒垂直放入通道内继续挤压，挤压速度为0.04mm/s，直到斜角端面挤压棒接触 到等通道模具底部，镁合金锭由模具水平通道出口排出，整个挤压过程要保证镁合金锭 温度始终保持在300'C±10'C; 镁合金锭同方向旋转90。角4次，重复等通道挤压4道次；⑥将温度降低到280'C士10'C,按上述旋转方向、旋转卯。角4次，重复等通道 挤压4道次；(9) 切制成型对8道次等通道挤压后的镁合金锭进行切制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度镁合金及制备方法，其特征在于：使用的化学物质及辅助材料如下：以克、毫升、厘米↑［３］为计量单位镁：Ｍｇ４７８ｇ±１ｇ固态块体铝：Ａｌ９０ｇ±１ｇ固态块体锌：Ｚｎ１２ｇ±０．０５ｇ固态 块体镁钕中间合金：ＭｇＮｄ２０ｇ±０．０５ｇ固态块体氧化锌：ＺｎＯ２００ｇ±１ｇ固态粉体去离子水：Ｈ↓［２］Ｏ８００ｍｌ±５ｍｌ液态液体六氟化硫：ＳＦ↓［６］４０ｃｍ↑［３］±０． ０５ｃｍ↑［３］气态气体二氧化碳：ＣＯ↓［２］１００００ｃｍ↑［３］±５ｃｍ↑［３］气态气体丙酮：ＣＨ↓［３］ＣＯＣＨ↓［３］５００ｍｌ±５ｍｌ液态液体凡士林：Ｃ↓［２８］Ｈ↓［５３］０．４ｇ ±０．０００１ｇ液态糊状石墨：Ｃ１．６ｇ±０．０００１ｇ固态粉体制备方法如下：（１）精选化学物质材料对制备所需的化学物质及辅助材料要进行精选，并进行纯度含量控制：镁：Ｍｇ９９．８％ 铝：Ａｌ９９．９％锌：Ｚｎ９９．８％镁钕中间合金：ＭｇＮｄＮｄ含量为３０％，镁含量为７０％氧化锌：ＺｎＯ９９．８％去离子水：Ｈ↓［２］Ｏ９９．９％六氟化硫：ＳＦ↓［６］９９ ．５％二氧化碳：ＣＯ↓［２］９９．５％丙酮：ＣＨ↓［３］ＣＯＣＨ↓［３］９９．９％凡士林：Ｃ↓［２８］Ｈ↓［５３］９９．４％石墨：Ｃ９９．８％（２）预切制固态块体材料对制备使用 的固态块体材料镁、铝、锌、镁钕中间合金要进行预切制，镁、铝块体尺寸为２０×２０×１００ｍｍ，锌、镁钕中间合金块体尺寸为５×５×１０ｍｍ；（３）预制浇铸模具对熔炼、浇铸所需的成型模具要进行预制，模具形状为开合式，模体为不锈钢， 模腔为４个，模具外形尺寸为３００×９０×２００ｍｍ；（４）熔炼镁合金①熔炼镁合金是在井式电阻熔炼炉中进行的，熔炼炉为立式结构，主要由炉体、炉盖、炉腔、接线座、热电偶、进气管、排气孔、坩锅、电控箱组成；②清理熔炼炉 打开熔炼炉，用真空泵抽吸炉腔内灰尘及有害物质，抽吸时间为５ｍｉｎ±１ｍｉｎ；③清理、清洁熔炼坩锅用金属铲、金属刷清除坩锅内残留...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁伟，王红霞，韩富银，赵兴国，边丽萍，赵琦，薛晋波，李忠磊，王顺旗，陈克华，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]