一种耦合表面液态金属和基体高传热性能的阻燃镁合金制造技术

本发明专利技术公开了一种耦合表面液态金属和基体高传热性能的阻燃镁合金。按照重量百分比,该合金的成分为:In:1.5‑1.8wt.%,Sn:2.0‑2.6wt.%,Sb:1.6‑1.8wt.%,Y:0.2‑0.3wt.%,Ge:1.0‑1.2wt.%,Cr:0.4‑0.6wt.%,Cd:2.0‑2.4wt.%,Re:0.1‑0.2wt.%，余量为镁。该材料为镁合金的阻燃提供了一种基于表面形成液态金属层的材料学方案，且该合金为铸造镁合金。该合金的实施和产业化会大大推动我国在高端领域对优质镁合金材料的商业升级需求。

A Flame Retardant Magnesium Alloy with Coupled Surface Liquid Metal and Matrix for High Heat Transfer Performance

The invention discloses a flame retardant magnesium alloy with high heat transfer performance of coupling surface liquid metal and matrix. According to the percentage of weight, the composition of the alloy is as follows: In: 1.5 1.8wt.%, Sn: 2.0 2.6wt.%, Sb: 1.6 1.8wt.%, Y: 0.2 0.3wt.%, Ge: 1.0 1.2wt.%, Cr: 0.4 0.6wt.%, Cd: 2.0 2.4wt.%, Re: 0.1 0.2wt.%, and the remaining magnesium. The material provides a material science scheme based on the formation of liquid metal layer on the surface for the flame retardant of magnesium alloy, and the alloy is cast magnesium alloy. The implementation and industrialization of this alloy will greatly promote the commercial upgrading of high-quality magnesium alloy materials in high-end areas in China.

【技术实现步骤摘要】
一种耦合表面液态金属和基体高传热性能的阻燃镁合金
本专利技术涉及合金
，具体地说，涉及一种镁合金。
技术介绍
镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，比重是1.74g/cm3，只有铝的2/3、钛的2/5、钢的1/4。自然界镁的储存十分丰富，是地壳中仅次于铝、铁，是第三个丰度最高的结构金属。金属镁的首要用途是用作合金添加元素；其次是制造适于作结构件的铸造和变形镁合金；最后是用于钢铁脱硫。在镁中添加一系列的合金元素后形成了镁合金。按照制造方法，镁合金分为铸造镁合金和变形镁合金。不管是铸造镁合金还是变形镁合金，都具有一系列的优点：（1）在比强度方面。镁合金的比强度比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。（2）在电磁波屏蔽方面。镁合金的电磁波屏蔽性能效果好。使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序。（3）在机械加工性能方面。镁合金比其它金属的切削阻力小，在机械加工时可以较快的速度加工。（4）在减振方面。由于镁合金对振动能量的吸收性能好，使用在驱动和传动的部件上可减少振动。镁合金早在二战前即以其在多种结构（如飞机结构件）上的适用性，而成为最轻的优质金属结构材料。镁合金作为结构件使用，在过去除在航空航天领域应用外，由于成本原因没有像铝合金那样得以广泛应用。随着新型镁合金设计的发展，越来越多的镁合金已经用于航空航天领域，并取得了很大的市场销售量。在交通领域，为了解决能耗和环保问题而大量的使用镁合金。镁合金能减轻车重和降低燃油消耗，安全和舒适方面优于铝和铸铁。在汽车工业的推动下，镁合金在过去十年内，以年均15％的增长速度在不断扩大市场。此外手机外壳、手提电脑、高级视听设备及数码相机的外壳中已广泛使用镁合金零部件，充分发挥镁合金质轻、耐用、减振、屏蔽无磁性等功能。镁合金生产与应用的领域和用途不断拓展，大有方兴未艾之势。镁合金极其活泼的天然属性也带来了严重的使用问题。在一定的温度，压力和气流环境下，镁合金会由于摩擦或者外火而导致镁合金的燃烧。镁合金的燃烧速度很快，从燃烧到结束仅仅20秒左右，难以采取常见的灭火措施。因而在对材料安全性能要求高的场合限制了镁合金的进一步使用。为了解决镁合金的燃烧问题，人们在镁合金中添加了Ca，从而燃烧过程中在镁熔体的表面生成一层比较致密的CaO和MgO混合物氧化层。由于该氧化层阻挡作用，使得氧气接触镁合金熔体受到抑制，从而避免了镁合金的燃烧。此外，还可以通过在镁合金表面通过阻燃涂层技术来发挥阻燃的积极作用，但是还不能从根本上解决镁合金的燃烧问题。材料是人类社会赖以生存的物质基础，纵观人类发展的历史，每种重要新材料的发现和应用都把人类改造自然的能力提升到一个新的水平。在科技日新月异的当代社会，每一项重大科技的突破也很大程度上都是依赖于相应的新材料的发展。新材料是现代科技发展之本，现阶段高新技术的发展往往以新材料技术为突破。考虑到镁合金的应用领域和使用量，可以说新型镁合金材料的开发和应用，在某种程度上代表着一个国家的科技水平。得益于中国工业的转型升级及中国经济地位的显著提升，镁合金行业令市场看好。其中，汽车行业的轻量化，环保化需求，尤其是新能源汽车的发展，以及镁合金研发技术和回收利用技术的不断进步，对大力推广镁合金的市场需求量提供了充足的社会基础。可以预见的是镁合金会在工业领域和国防领域展现出更为广阔的应用前景。我国拥有丰富的镁资源，镁贮量居于世界首位，发展镁合金具有广阔的前景。目前，面临国际镁合金高速发展的有利局面，开发和利用好我国镁资源具有十分重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种耦合表面液态金属和基体高传热性能的阻燃镁合金。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种耦合表面液态金属和基体高传热性能的阻燃镁合金。按重量百分比计,合金的组成为In:1.5-1.8wt.%,Sn:2.0-2.6wt.%,Sb:1.6-1.8wt.%,Y:0.2-0.3wt.%,Ge:1.0-1.2wt.%,Cr:0.4-0.6wt.%,Cd:2.0-2.4wt.%,Re:0.1-0.2wt.%，余量为镁。上述一种耦合表面液态金属和基体高传热性能的阻燃镁合金，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到800度形成合金熔体，并利用电磁搅拌效应充分搅拌15分钟左右。将合金熔体在800度保温静置15分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。将所得的铸锭在氩气保护下加热到700度并保温10分钟;然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为130度,时间为0.5小时。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：（1）铝合金不存在燃烧的危险是因为铝合金表面在空气中能形成致密的氧化物膜，抑制了氧气向铝合金表面的传递。相比而言，镁合金氧化形成的氧化镁由于致密度问题不能对镁合金起到阻燃的作用。传统上，阻燃镁合金的设计是通过加入Ca元素，在氧化时形成CaO和MgO的复合氧化物层来阻挡氧气的扩散。但是，CaO和MgO形成的保护层本质上仍然是固态的氧化物颗粒分散在镁熔体表面造成扩散阻挡层，本质上仍然是疏松结构。随着镁合金工作条件日益苛刻，各行各业越来越需要一种更为高效镁合金阻燃设计方式。本专利申请保护的镁合金采用了一种低熔点液态金属的保护机制。由于该低熔点液态金属从镁合金基体的晶界生成，完全覆盖在镁合金表面。因而在镁合金温度达到熔点之前就能将镁合金表面完全覆盖，充分隔绝了氧气和镁合金表面的接触，为阻燃奠定了结构基础。（2）该镁合金在凝固的过程中，具有较高熔点的合金元素会形成先析出相从熔体中析出，然后伴随着低熔点固相在枝晶之间或者高熔点相界面之间析出。这些低熔点相会在镁合金基体中形成网络的结构，并贯穿镁合金的基体中。在随后由于摩擦或者外火导致的镁合金升温过程中，这些低熔点相会发生最先熔化并在镁合金表面铺展开。由于这些低熔点相所含主要元素比镁具有和氧更低的亲和力，因而可以作为有效的扩散阻挡层将氧气和镁合金表面阻隔开来。此外，这些低熔点液态金属由于在镁合金表面充当了润滑剂作用可以减小摩擦生热。从而使得在较高温下镁合金表面的干摩擦变成了液相润滑的摩擦，从而急剧减小了摩擦功和加热量。这种设计方法不仅可以大大降低合金元素使用量，在获得常规镁合金力学性能的同时还可以获得非常好的阻燃效果。（3）该镁合金具有较宽的固液相凝固温度范围，从而使得构成低熔点相合金元素能够充分的聚集在网络状的结构中，从而为镁合金的阻燃奠定了结构基础。此外，该合金具有优异的流动性，填充性能好，缩孔倾向小等优点。因而在铸造过程中热裂的倾向小，铸造孔洞和疏松少，且热加工和冷加工后成品率高。该镁合金的整体熔点温度范围为（180-490度），而其中晶间低熔点相的熔点为（180-240度）。由于低熔点液态金属具备很低的表面张力，因而少量的这些低熔点产物就可以充分的铺展在镁合金表面，到必要的阻燃效果。（4）该镁合金除了由于摩擦或者外火在温度升高到熔点以下时就能在表面生成低熔点液态金属来进行阻燃外，还能达到传统镁合金的力学性能：弹性模量为65-72GPa，屈服强度为110-125MPa，抗拉强度为148-164MPa，延伸率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耦合表面液态金属和基体高传热性能的阻燃镁合金；按照重量百分比,该合金的成分为: In:1.5‑1.8wt.%,Sn:2.0‑2.6wt.%,Sb:1.6‑1.8wt.%,Y:0.2‑0.3wt.%,Ge:1.0‑1.2wt.%,Cr:0.4‑0.6wt.%,Cd:2.0‑2.4wt.%,Re:0.1‑0.2wt.%，余量为镁。

【技术特征摘要】
1.一种耦合表面液态金属和基体高传热性能的阻燃镁合金；按照重量百分比,该合金的成分为:In:1.5-1.8wt.%,Sn:2.0-2.6wt.%,Sb:1.6-1.8wt.%,Y:0.2-0.3wt.%,Ge:1.0-1.2wt.%,Cr:0.4-0.6wt.%,Cd:2.0-2.4wt.%,Re:0.1-0.2wt.%，余量为镁。2.根据权利要求1所述一种耦合表面液态金属和基体高传热性能的阻燃镁合金，其特征在于包括如下冶炼步骤：将如上配比的原料加入到氩气...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长江，
申请(专利权)人：广州宇智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44