高强度阻燃压铸镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公布了一种高强度阻燃压铸镁合金，该镁合金的成分含量如下：Al含量为4 ‑10 wt.%，Ca含量为0.20‑2.0 wt.%，Zn含量为0.05‑0.90 wt.%，Y含量为0.10‑0.50 wt.%，Mn含量为0.10‑0.60 wt.%，La、Ce、Pr、Nd混合稀土含量为0‑1.0 wt.%，Fe含量小于0.003 wt.%，其余为Mg及不可避免的杂质元素。该镁合金具有优异的压铸性能和机械性能，拉伸试样的抗拉强度可达到300Mpa，屈服强度230Mpa，延伸率10%；着火点高，800 ℃火焰接触燃烧180s，观察60 s，表面软化却未燃烧、无严重氧化现象。生产成本低，无毒性无放射性，可应用于汽车轻量化、家居装饰、3C产品等领域。

High strength flame retardant die cast magnesium alloy and preparation method thereof

The present invention discloses a high strength flame retardant die casting magnesium alloy. The composition of the magnesium alloy is as follows: Al content is 4 10 wt.%, Ca content is 0.20 2.0 wt.%, Zn content is 0.05 0.90 wt.%, Y content is 0.10 0.50 wt.%, Mn content is 0.10 0.60 wt.%, La, Ce, Pr, Nd mixed rare earth content is 0 1.0 wt.%, Fe 0. The content is less than 0.003 wt.%, and the rest is Mg and unavoidable impurity elements. The magnesium alloy has excellent die casting properties and mechanical properties. The tensile strength of the tensile specimens can reach 300 Mpa, yield strength 230 Mpa, elongation 10%; the ignition point is high, the flame contact combustion 180 s at 800 C is observed for 60 s, but the surface softening is not burned and there is no serious oxidation phenomenon. Low production cost, non-toxic and non-radioactive, can be used in automobile lightweight, home decoration, 3C products and other fields.

【技术实现步骤摘要】
高强度阻燃压铸镁合金及其制备方法
本专利技术涉及一种可适合半固态成型镁合金材料，具有优异机械性能，同时具有理想的阻燃特性，属于有色金属材料及冶金

技术介绍
镁合金材料具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼性能好、易于回收等众多优良特性。镁合金压铸工艺发展成熟，生产效率高，成本大幅降低，同时随着半固态生产工艺及真空压铸在国内镁合金市场中的应用逐步推广，以及镁合金新材料技术的进步，压铸用镁合金新材料将得到更广泛的应用：一方面因其重量更轻、散热性能更优良等，将逐步替代现有部分铝合金等其他有色金属材料市场应用，另一方面随着国家大力支持，更多新的研发项目将取得进展，有望会创造更多新的市场。镁合金材料在家装、汽车轻量化结构件、共享单车、医疗、航空航天和军事方面、3C产品用镁合金精密压铸件等
存在更加广阔的发展空间。但镁合金也有其自身局限性，因为镁有较高的氧化生成热，化学性质活泼，形成的MgO膜疏松多孔，易于氧化，着火点低，给镁合金在生产、加工和处理方面带来很大困难；机械性能相对较低，在重要结构件的制造使用方面受到极大限制；压铸用镁合金特别是半固态压铸领域，牌号相对较少，更多停留于理论体系的完整性研究和实际生产技术的探索阶段，实际应用中遇到的具体问题需要等待进一步的解决方案，特别是在保证材料较高机械性能、压铸性能的同时提高镁合金着火点，改善合金阻燃性方面。
技术实现思路
本专利技术采用合金化方法，不仅能较好阻止镁合金熔炼和浇注过程中的燃烧，对成形件后续加工或镁合金产品零部件在空气中的阻燃和防氧化问题也得到很好的解决。本专利技术的目的是提供一种高强度阻燃压铸镁合金及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取技术方案如下：本专利技术的成分配方（重量百分比）为：Al含量为4-10wt.%，Ca含量为0.20-2.0wt.%，Zn含量为0.05-0.90wt.%，Y含量为0.10-0.50wt.%，Mn含量为0.10-0.60wt.%，La、Ce、Pr、Nd混合稀土（Ce含量至少为55%）含量为0-0.10wt.%，Fe含量小于0.003wt.%，其余为Mg及不可避免的杂质元素，杂质元素单个含量不大于0.1wt.%，杂质元素总含量不大于0.1wt.%。机械性能方面：适当的Al、Ca加入到镁合金中能够形成Al2Ca相，以层片状形貌存在，有明显细化晶粒、沉淀强化效果，过剩的Al也能够减少Mg2Ca相的析出（Mg2Ca相无沉淀强化和时效强化效果），使Ca元素得到最大利用，但当Ca含量过高时，Al2Ca和Mg+Al2Ca共晶倾向于晶界网状分布，合金强度下降，脆性升高；适当Y的添加能够在合金中析出高熔点Al2Y相，成为α-Mg异质结晶核心，细化晶粒，提高合金高温特性，但高的Y含量使组织中Al2Y聚集，造成成分偏析和组织不均匀，降低合金力学性能；适当的Mn元素添加能够细化晶粒，改善材料力学性能，与Fe形成高熔点化合物，净化熔体，细化沉淀产物，增大蠕变抗力；混合RE元素添加形成REAl3相，明显改善显微组织，明显提高合金机械性能。阻燃性方面：合金化元素Ca、Y、混合稀土RE的添加能够使合金获得较好的阻燃性能。钙的氧化物生产热大于镁的氧化物的生产热，添加适当的Ca、RE后形成的氧化膜主要由MgO、少量CaO、少量RE2O3组成，并且呈分层结构。当熔体与空气接触时，先形成CaO、RE2O3复合层，随后形成MgO、CaO复合层，从而阻止镁与空气的直接接触。添加适当的Y后析出高熔点Al2Y相，有效提高材料热稳定性。本专利技术的铸造工艺为：（1）材料准备：金属镁锭、Mg-Al中间合金或Al锭、Mg-Mn中间合金或金属锰、Mg-Ca中间合金或金属Ca，Al-Zn中间合金、Mg-Y中间合金或金属Y、混合稀土作为镁合金中各元素的原料，按本专利技术的成分配方范围确定成分的质量百分比称取相应的原料；（2）装炉熔化：将称好的原料金属镁锭放进熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为650~700℃，直至镁锭完全熔化；（3）添加合金元素：将镁熔体从650~700℃逐渐加热升温到710~750℃，在此温度下逐渐加入所需的中间合金或金属；（4）精炼提渣：控制熔体温度710~750℃之间，搅拌10~20min，在搅拌过程中加入精炼剂进行精炼；结束后静置20-30min，加入精炼剂进行二次精炼，温度保持在710~750℃，均匀搅拌20~30min，精炼完毕后提渣，清除液面上的熔剂和浮渣；（5）降温静止：镁合金熔体静置冷却至630~690℃，保温20~30min；（6）取样分析、浇铸：取样分析，成分合格，浇铸即得成品。本专利技术生产工艺简单，提供的高强度阻燃铸镁合金具有良好的压铸性能和机械性能，拉强度可达到300Mpa，屈服强度可达到230Mpa，延伸率可达到10%；着火点高，800℃火焰燃烧180s，观察60s，表面软化却未燃烧、无严重氧化现象，在相同条件下，AM50A镁合金在接触燃烧70s后出现燃烧现象。同时本技术中稀土使用量低，大大降低了生产成本，又能够将我国稀土资源优势得到更大的发挥；无铍元素添加，无毒性无放射性、并在生产过程中无需气体保护，为环境友好型新材料，本专利技术涉及材料可应用于汽车轻量化、家居装饰、3C产品等领域。附图说明图1为本专利技术镁合金水平接触燃烧装置示意图。图2为本专利技术镁合金户外汽油火焰燃烧验证装置示意照片。图3为本专利技术镁合金铸态金相照片。具体实施方式实施方式中所做的示例，仅作为范例，为了使本领域技术人员更好的理解本专利。本专利技术所涉及的保护对象，不局限于示例，包含一切按权利要求书中所配置的合金成分。以下为专利技术的具体实施方式：实施例1：（1）将全部金属镁锭放进坩埚中，在保护气体下于660℃熔融，直至完全熔化，作为基液；（2）将镁熔体从660℃逐渐加热升温到740℃，在此期间逐渐加入5.0wt.%的铝、0.5wt.%的钙、0.45wt.%的锌，0.2wt.%的钇以及0.15wt.%的锰获得镁合金熔体；（3）将镁合金熔体控制在740℃的温度搅拌10min，在搅拌过程中加入精炼剂进行精炼；精炼完毕，清除液面上的熔剂和浮渣，再轻轻撒上一层覆盖剂；静置，加入精炼剂进行二次精炼，精炼温度740℃，均匀搅拌20min，精炼完毕后提渣，清除液面上的熔剂和浮渣；（4）镁合金熔体静置冷却至690℃，保温20min；（5）取样分析，成分合格，将镁合金熔体温度降至650℃时进行浇铸，即得成品。实施例2：（1）将全部金属镁锭放进坩埚中，在保护气体下于660℃熔融，直至完全熔化，作为基液；（2）将镁熔体从660℃逐渐加热升温到730℃，在此温度下逐渐加入8.0wt.%的铝、1.0wt.%的钙、0.60wt.%的锌，0.35wt.%的钇、0.35wt.%的锰、0.5wt.%的混合稀土，获得镁合金熔体；（3）将镁合金熔体控制在730℃的温度搅拌10min，在搅拌过程中加入精炼剂进行精炼；精炼完毕，清除液面上的熔剂和浮渣，再轻轻撒上一层覆盖剂；熔炼炉温度保持在730℃，加入精炼剂进行二次精炼，均匀搅拌25min，精炼完毕后提渣，清除液面上的熔剂和浮渣；（4）镁合金熔体静置冷却至675℃，保温25min；（5）取样分析，成分合格，将镁合金熔体温度降至640℃时进行浇铸，即得成品。实施例3：（1）将全部金属镁锭放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高强度阻燃压铸镁合金，其特征在于，所涉及镁合金的成分重量百分数如下： Al含量为4‑10 wt.%，Ca含量为0.3‑2.0 wt.%，Zn含量为0.05‑0.90 wt.%，Y含量为0.10‑0.50 wt.%，Mn含量为0.10‑0.60 wt.%，La、Ce、Pr、Nd混合稀土含量为0‑1.0 wt.%，Fe含量小于0.003 wt.%，其余为Mg及不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.高强度阻燃压铸镁合金，其特征在于，所涉及镁合金的成分重量百分数如下：Al含量为4-10wt.%，Ca含量为0.3-2.0wt.%，Zn含量为0.05-0.90wt.%，Y含量为0.10-0.50wt.%，Mn含量为0.10-0.60wt.%，La、Ce、Pr、Nd混合稀土含量为0-1.0wt.%，Fe含量小于0.003wt.%，其余为Mg及不可避免的杂质元素。2.如权利要求1所述的高强度阻燃压铸镁合金，其特征在于Ce在混合稀土中的质量百分含量至少为55%。3.高强度阻燃压铸镁合金的制备方法，用于制备如权利要求1或2所述的高强度阻燃压铸镁合金，其特征在于：（1）材料准备：金属镁锭、Mg-Al中间合金或Al锭、Mg-Mn中间合金或金属锰、Mg-Ca中间合金或金属Ca、Mg-Y中间合金或金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫国庆，林毛古，李智生，马晓虎，柴海俊，任彦杰，
申请(专利权)人：山西瑞格金属新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14