一种高塑性阻燃压铸镁合金及制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料领域，特指一种高塑性阻燃压铸镁合金及制备方法。所述以质量百分比计包括如下组分：2～8wt.％Sm，2～9wt.％Al，0.3～1wt.％Zn，0.5～2.5wt.％Ca，余量为Mg。本发明专利技术的镁合金的材料组成成分中，加入Ca元素和稀土元素Sm共同作用下有效提高了合金的阻燃特性；另外有效利用稀土元素Sm与铝元素生成Al

【技术实现步骤摘要】
一种高塑性阻燃压铸镁合金及制备方法
本专利技术属于金属材料领域，具体涉及一种高塑性阻燃压铸镁合金及制备方法。
技术介绍
压铸是镁合金零件最主要的成型工艺，而镁合金的压铸过程往往由于熔体易于氧化和燃烧等问题而阻碍了该工艺在工业生产中的大规模应用，尤其是在要求较高延伸率的应用场合。其主要原因在于镁合金化学性质活泼，高温下易于氧化，其所造成的镁合金熔炼过程的氧化燃烧降低镁合金产品质量，因此镁合金阻燃问题一直是阻碍镁合金发展的重要问题。开发不易于氧化、燃烧的压铸镁合金是一种有效的解决手段，已有的研究开发了系列阻燃镁合金，如在镁合金中添加Be元素、Ca元素及稀土元素等。上述元素的添加虽然可以有效提高镁合金熔体的燃点，但Be元素具有较强的毒性且会显著粗化镁合金的晶粒；而Ca元素虽然无毒，但Ca元素的添加所形成的晶界分布的富Ca化合物会显著恶化镁合金塑性；而在镁合金中添加稀土元素对阻燃性的提升效果远不如Be与Ca元素，为了实现与1％的Ca等量的阻燃性能，稀土元素的添加量需超过15wt.％以上，从而不符合经济性的原则。因而，为了满足镁合金在压铸工业的更进一步发展，在保证足够强度的同时，迫切需要开发低稀土、高延伸率的阻燃镁合金，已符合对高延伸率阻燃镁合金压铸生产的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的：针对常规铸造镁合金因剧烈氧化和燃烧特性使其在大气条件下难以熔炼和加工以及镁合金压铸件塑韧性不高的问题，提供了一种性能优越的高塑性阻燃压铸镁合金解决方案。本专利技术基于晶体学“边-边匹配”模型的计算，发现镁合金中原位生成的Al2Sm等金属间化合物可有效细化镁合金的晶粒，可使得晶粒尺寸从毫米级细化至40微米左右。经过该方法细化后的镁合金具有较高的铸态延伸率，如针对Mg-4Sm-3Al合金其铸态延伸率可达到20％以上。此外，基于Ca元素和稀土元素对镁合金阻燃性能改善的共识；以及微量添加Ca元素可以消耗富余的Al元素形成强化相Al2Ca等对镁合金进行进一步强化的原理；为开发新型高塑性阻燃镁合金提供了新的思路。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种高塑性阻燃压铸镁合金，其中各合金元素质量百分比如下：Sm2％～8％；Al2％～9％；Zn0.3％～1％；Ca0.5％～2.5％；杂质元素总量≤0.2％；余量为镁。本专利技术的工作原理为：Al元素是镁合金最常用的体系，铸造镁合金中一定量的Al可以显著提高金属液充型时的流动性。Ca是镁合金中合适的阻燃元素，机理在于高温熔炼时，Ca在镁合金中是表面活性元素，高温液态大量的Ca偏聚到镁合金表面，Ca比镁优先与氧结合生成CaO。当同时存在Al元素时，可生成MgO+CaO+Al2O3复合保护膜。上述复合氧化膜附在液态镁表面，能有效抑制镁熔体的进一步氧化，起到阻燃作用，提高起燃温度。对Mg-Ca二元合金阻燃研究表明，含Ca为1wt％的镁合金起燃点可提高250℃，同时，镁合金中加入Ca不会引起镁合金密度变大。稀土元素Sm在镁合金中可以起到较强的时效强化作用，同时对镁合金熔炼过程的阻燃特性的提升也有帮助。而压铸工艺的凝固过程中，Sm元素会与Al元素发生原位反应生成Al2Sm相，可以对Mg起到细化晶粒的作用，提高合金的强度同时改善其塑韧性。微量添加Zn元素可在不影响铸造性能的前提下，提高材料的力学性能。本专利技术制备流程为：将所有原材料金属锭在180℃～220℃预热3个小时以上，坩埚置于井式电阻炉中预热至～300℃，然后将镁锭放入坩埚中，通入SF6与CO2的混合保护气氛(SF6与CO2体积比为1：100)，并升温至700℃使其融化。待镁锭全部融化后，加入纯Zn、纯A1和纯Ca锭，保温5～15分钟。升温至730℃，搅拌均匀后将预热好的Mg-Sm中间合金放入坩埚，保温15～25分钟。待上述合金元素全部熔化且混合均匀后，升温至750℃～780℃，加入JDMJ精炼剂对合金液进行10～15分钟的精炼。精炼结束后断电待金属冷却至730℃～750℃。保温15分钟，扒渣。保持合金液温度维持在730℃～750℃，将压铸模具型腔喷涂涂料，并预热至150℃～300℃，采用中间包将金属液浇铸至模具中，开始压铸过程。压铸过程中的压力为50～100MPa，浇注温度为680℃～750℃，保压时间为3～30s，留模时间为10～15s。与现有技术比较，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术针对
技术介绍
中开发的镁合金塑性特别差，通过Al与Sm元素的共添加，形成Al2Sm相细化镁合金基体、消耗部分晶界残余富Ca相从而削弱了添加Ca造成的塑性恶化现象。也即开发了一种高塑性的阻燃镁合金。同时，复合添加少量Ca与部分Sm可以协同提高各自的阻燃效果，因而也具有经济性的考虑。本专利技术所提出的Mg-Sm-Al-Ca-Zn合金兼具良好的阻燃效果和铸态下的高塑性，且具有良好的铸造流动性和力学性能，适合压铸工艺的生产，具有较好的工业应用前景。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为对Mg-2wt.％Sm-9wt.％Al-0.3wt.％Zn-0.5wt.％Ca合金进行熔炼、铸造所得材料样品的光学金相组织示意图；图2为对Mg-4wt.％Sm-6wt.％Al-0.8wt.％Zn-1.5wt.％Ca合金进行熔炼、铸造所得材料样品的光学金相组织示意图；图3为对Mg-6wt.％Sm-3wt.％Al-0.5wt.％Zn-2.5wt.％Ca合金进行熔炼、铸造所得材料样品的光学金相组织示意图；图4为对Mg-8wt.％Sm-2wt.％Al-1wt.％Zn-0.5wt.％Ca合金进行熔炼、铸造所得材料样品的光学金相组织示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例所用镁合金为Mg-Sm-Al-Zn-Ca阻燃镁合金，包括以下百分含量的的各组分：2～8wt.％Sm，2～9wt.％Al，0.3～1wt.％Zn，0.5～2.5wt.％Ca，杂质元素总量≤0.2％，余量为Mg。具体实施例如下：实施例1：本实施例提供了一种高塑性阻燃压铸镁合金，其质量百分比计包括如下组分：2％Sm，9％Al，0.3％Zn，0.5％Ca，杂质元素总量≤0.2％，余量为Mg，其制备流程如下：将原材料金属锭在180℃～220℃预热3个小时以上，坩埚置于井式电阻炉中预热至～300℃，然后将镁锭放入坩埚中，通入SF6与CO2的混合保护气氛，并升温至700℃使其融化。待镁锭全部融化后，升温至700℃，加入纯Zn、纯A1和纯Ca锭，保温5～15分钟。升温至730℃，搅拌均匀后将预热好的Mg-Sm中间合金放入坩埚，保温15～25分钟。...

【技术保护点】
1.一种高塑性阻燃压铸镁合金，其特征在于，所述高塑性阻燃压铸镁合金中，各合金元素质量百分比如下：/nSm 2％～8％；/nAl 2％～9％；/nZn 0.3％～1％；/nCa 0.5％～2.5％；/n杂质元素总量≤0.2％；/n余量为镁。/n

【技术特征摘要】
1.一种高塑性阻燃压铸镁合金，其特征在于，所述高塑性阻燃压铸镁合金中，各合金元素质量百分比如下：
Sm2％～8％；
Al2％～9％；
Zn0.3％～1％；
Ca0.5％～2.5％；
杂质元素总量≤0.2％；
余量为镁。


2.如权利要求1所述的一种高塑性阻燃压铸镁合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将所有原材料金属锭预热，坩埚置于井式电阻炉中预热；
(2)然后将镁锭放入坩埚中，通入保护气体，并升温至使其融化；
(3)待镁锭全部融化后，加入纯Zn、纯A1和纯Ca锭，保温后升温，搅拌均匀后将预热好的Mg-Sm中间合金放入坩埚，继续保温；
(4)待上述合金元素全部熔化且混合均匀后，升温后加入精炼剂对合金液进行精炼，精炼结束后断电待金属冷却至一定温度，保温，扒渣；
(5)保持合金液温度，将压铸模具型腔喷涂涂料，并预热压铸模具，采用中间包将金属液浇铸至压铸模具中，实施压铸，得到高塑性阻燃压铸镁合金。


3.如权利要求2所述的一种高塑性阻燃压铸镁合金的制备方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪存龙，李宏韬，黄广峥，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32