一种高电磁屏蔽效能镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高电磁屏蔽效能镁合金及其制备方法。该合金的成分按重量百分比为：Zn：1~5 wt.%；Sn：1~5 wt.%；Ca：0.1~0.5 wt.%；Ce：0.1~0.5 wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质；通过在镁合金中添加合金元素（Mg、Zn、Sn、Ca、Ce）配合热轧和热处理工艺来实现。具体工艺步骤包括熔炼、均匀化、热轧和固溶时效。少量钙和铈合金元素的加入促进第二相的形成及析出，改善了合金的电导率及屏蔽性能；同时高密度第二相的析出也能够有效的反射电磁波；另外，结合细晶强化和析出强化等多种强化作用，使本合金在具有优秀的电磁屏蔽性能的同时，也具有较高的强度。本发明专利技术所涉及的工艺设备为通用设备，成本较低，容易操作，工业上易于实现。 1

【技术实现步骤摘要】
一种高电磁屏蔽效能镁合金及其制备方法
本专利技术涉及一种镁合金，特别涉及一种含锌、锡、钙和铈的高电磁屏蔽效能镁合金及其制备方法，属于屏蔽材料及金属材料领域。
技术介绍
随着现代科学技术的高速发展，越来越多电子、电气设备被投入使用，给人类的生产和生活带来了极大的便利。与此同时，其附带产生的各种频率和能量的电磁波却充斥着我们的生活空间，进而形成了一种继水污染、大气污染、噪音污染之后的新型污染，即电磁辐射污染。人们通常采用电磁屏蔽的方法对电磁污染进行处理。然而，实现电磁屏蔽是一项非常复杂的系统工程，屏蔽材料在其中扮演着举足轻重的角色。镁合金作为工程应用中质量最轻的结构材料，具有一系列优点。当镁合金用作屏蔽材料时，其与传统金属相比，具有密度低，质量轻，比强度高的优势；与泡沫材料，涂层、复合材料相比，镁合金具有优良的力学性能、电磁屏蔽性能且对环境友好，还可用做工程结构材料。特别是在对重量比较敏感的电磁兼容领域，如既追求轻量化又需要考虑电磁辐射问题的3C电子、日用家电、轨道交通、汽车座舱等领域，由于镁的低密度(1.74g/cm3)和高电导率(2.3×107S/m，40％IACS)，镁合金具有特殊的发展优势。但是，对镁合金电磁屏蔽的研究还处在基础阶段，镁合金的电磁屏蔽性能还有进一步提高的空间，并且是合金在有一定电磁屏性能的基础上获得优秀的力学性能以满足更为广泛的工程实际需求。镁的性能可用合金化来加以改善，镁合金中加入锡后形成Mg2Sn，对于提高镁合金的强度都有益处。锌为合金化效果非常显著的元素，因此，加入少量锌不仅可以起到很好的固溶强化作用，而且也能起到优良的时效硬化作用。加入少量钙，能有效细化晶粒，并且在时效析出过程中可以细化析出相，使镁合金获得较为优良的力学性能。稀土铈在熔炼及浇铸过程中能起到很好的阻燃作用，而且可以起到细化晶粒的作用。因此，利用通过合金化、轧制及后续的热处理来获得具有优良电磁屏蔽性能和一定力学性能的镁合金，易于推广，对于进一步研究具有优良电磁屏蔽性能的镁合金具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足之处，本专利技术目的是提供了一种高电磁屏蔽效能镁合金及其制备方法。所述镁合金材料通过加入合金元素锌、锡、钙和铈后，通过热轧和固溶时效处理使合金在获得较高电磁屏蔽效能的同时，保证了一定的强度。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高电磁屏蔽效能镁合金，所述镁合金的成分按重量百分比为：Zn：1～3wt.％；Sn：1～3wt.％；Ca：0.1～0.5wt.％；Ce：0.1～0.5wt.％，其余为Mg和不可避免的杂质，杂质总量小于0.12wt.％。一种高电磁屏蔽效能镁合金的制备方法，包括如下步骤：(1)合金冶炼及铸造：所用原材料为工业纯镁锭、纯锌粒、纯锡粒、Mg-30％Ca中间合金、Mg-40％Ce中间合金；采用半连续铸造方法铸造，在SF6+CO2气体保护下，将镁锭放入坩埚中待熔化后升温至730～750℃打渣，按上述镁合金成分配比量加入纯锌粒、纯锡粒、Mg-30％Ca中间合金和Mg-40％Ce中间合金；加入前先将纯锌粒、纯锡粒、Mg-30％Ca中间合金和Mg-40％Ce中间合金在140～220℃预热15～30分钟，加入时应迅速将其压入液面以下，待熔化后搅拌2～5分钟，使成分均匀，静置10～15分钟；静置完毕后，打捞熔体表面浮渣，待温度降到710～730℃后进行浇铸，对模具采取水冷；(2)均匀化处理：对步骤(1)制得的铸态Mg-Zn-Sn-Ca-Ce系镁合金在热处理炉中进行均匀化处理，升温速度15-20℃/min，加热到350-400℃，保温10-12h，完成后将铸锭水冷至室温；(3)机加工：将步骤(2)得到的镁合金铸锭锯切、车皮至合适尺寸，得到厚度分别为2-5mm的圆片备用，直径可依实际需要进行改变；(4)热轧变形：将步骤(3)得到的圆片进行热轧变形，热轧前需在电阻炉中保温20-40min，保温温度为300-350℃，热轧过程的单次压下量根据不同合金板材的厚度及轧制道次进行调整，范围为0.1-0.5mm，直至轧制成2-3mm厚的板材；在变形过程中，在各个道次间隙需要回炉保温3-5min；相邻轧制道次间，需要对圆片进行180°翻转，并采用动物油对轧辊表面进行润滑，防止轧制板材弯曲过大；最终，获得变形量分别为20-50％的镁合金板材；(5)固溶时效处理：对步骤(4)的镁合金在热处理炉中进行固溶时效处理，固溶温度为400-450℃，保温时间为20-25h，水冷后立即进行时效处理，时效温度为170-190℃，保温时间为35-60h。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的合金电磁屏蔽性能较好：与常用的ZK60合金相比，本专利技术的合金电磁屏蔽性能能够提高30dB左右。(2)本专利技术的合金同时具有较好的力学性能：在室温表现出较高的强度。(3)本专利技术成本较低：只需要加入少量的锌、锡、钙和稀土钕元素，就能明显的提高合金合金的电磁屏蔽性能。(4)本专利技术操作简单、成本较低：本专利技术利用常规的通用设备即可实现，工艺设计合理、流程短。其中所使用原料为常见镁合金，并且通过热轧和固溶时效即可获得具有更高电磁屏蔽性能的变形镁合金，提高了生产效率，降低成本，有利于大规模工业化应用。本专利技术改善合金电磁屏蔽性能的机理在于：少量钙和铈合金元素的加入可以促进合金第二相的形成及析出，改善合金电导率及屏蔽性能。通过轧制使合金获得趋于一致的晶粒，让入射电磁波接触到由各个晶粒基面组成的板面，使电磁波更易发生反射。在合金中存在密集分布的Mg-Sn-Ca-Ce相，与α-Mg基体相比，合金相的电导率极低，与α-Mg基体之间的阻抗差值很大，密集排布的合金相分布在α-Mg基体上，能够有效的反射入射的电磁波，进而导致入射电磁波的反射损耗及多次反射损耗增加；同时在时效过程中，析出了大量细小密集分布的第二相，也能够起到对电磁波的反射作用。镁合金中加入锡后形成Mg2Sn，有益于提高镁合金的强度。锌为合金化效果非常显著的元素，加入少量锌不仅可以起到很好的固溶强化作用，而且时效硬化作用也非常明显；加入少量钙，能有效细化晶粒，并且在时效析出过程中可以细小析出相，使镁合金获得较为优良的力学性能；稀土铈在熔炼及浇铸过程中能起到很好的阻燃作用，而且可以起到细化晶粒的作用。综合多种强化作用，使得合金再有较好电磁屏蔽性能的同时，也具有较好的强度。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。需要说明的是，这些实施例仅用于说明本专利技术，而不是对本专利技术的限制，在本专利技术的构思前提下本方法的简单改进，都属于本专利技术要求保护的范围。实施例1：本实施例的耐热稀土镁合金由以下的重量百分比的组分组成：3％Sn，1％Zn，0.2％Ca，0.3％Ce，其余为Mg和不可避免的杂质，杂质总量小于0.12wt.％。(1)合金冶炼及铸造：所用原材料为工业纯镁锭、纯锌粒、纯锡粒、Mg-30％Ca中间合金、Mg-40％Ce中间合金；采用半连续铸造方法铸造。在SF6+CO2气体保护下，将镁锭放入坩埚中待熔化后升温至730℃打渣，按上述合金成分配比量加入纯锌粒、纯锡粒、Mg-30％Ca中间合金和Mg-40％Ce中间合金；加入方法为：将纯锌粒、纯锡粒、Mg-30％Ca中间合金和Mg-40％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电磁屏蔽效能镁合金，其特征在于，所述镁合金的成分按重量百分比为： Zn：

【技术特征摘要】
1.一种高电磁屏蔽效能镁合金，其特征在于，所述镁合金的成分按重量百分比为：Zn：1~3wt.%；Sn：1~3wt.%；Ca：0.1~0.5wt.%；Ce：0.1~0.5wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质，杂质总量小于0.12wt.%。2.一种高电磁屏蔽性能镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）合金冶炼及铸造：所用原材料为工业纯镁锭、纯锌粒、纯锡粒、Mg-30%Ca中间合金和Mg-40%Ce中间合金；按权利要求1所述的镁合金成分配比量，采用半连续铸造方法铸造；在SF6+CO2气体保护下，将镁锭放入坩埚中待熔化后升温至730~750℃打渣，再加入纯锌粒、纯锡粒、Mg-30%Ca中间合金和Mg-40%Ce中间合金；加入方法为：先将纯锌粒、纯锡粒、Mg-30%Ca中间合金和Mg-40%Ce中间合金在140~220℃预热15~30分钟，再迅速将其压入液面以下，待熔化后搅拌2~5分钟，使成分均匀，静置10~15分钟；静置完毕后，打捞熔体表面浮渣，待温度降到710~730℃后进行浇铸，对模具采取水冷；（2）均匀化处理：对步骤（1）制得的铸态Mg-Sn-Zn-Ca-Ce系镁合金在热处理炉中进行高温均匀化处理，升温速度15-20℃/min，加热到350-400ºC，保温10-12h，完成后将铸锭空冷至室温；（3）机加工：将步骤（2）得到的镁合金铸锭锯切、车皮至合适尺寸，得到厚度分别为2-5mm的圆片备用，直径可依实际...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈先华，郜商羽，潘复生，宋锴，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50