镁合金材料的制造方法技术

本发明专利技术提供机械特性和表面精度优异的镁合金材料如镁合金铸造材料或镁合金压延材料、能够稳定制造上述材料的制造方法、利用所述压延材料的镁合金成型制品及其制造方法。本发明专利技术提供镁合金材料制造方法，其包括在熔炉中熔化镁合金以得到熔融金属的熔化步骤、将熔融金属从熔炉传送至熔融金属池的传送步骤、以及经过浇注口从熔融金属池向活动模具供给熔融金属和使熔融金属凝固以连续制造铸造材料的铸造步骤。在从熔化步骤到铸造步骤的过程中，熔融金属所接触的部分由氧含量２０质量％以下的低氧材料形成。铸造材料的厚度为０．１－１０ｍｍ，由此提供机械特性和表面精度优异的镁合金材料如镁合金铸造材料或镁合金压延材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镁合金材料制造方法，其能够稳定制造机械性能和表面质量优异的镁 合金材料如镁合金铸造材料或镁合金压延材料，以及由上述制造方法得到的镁合金材料如 镁合金铸造材料或镁合金压延材料。本专利技术还涉及用具有上述优异特性的压延材料得到的 镁合金成型制品，以及其制造方法。
技术介绍
比重(20°C时的密度g/cm3)为1. 74的镁是用于构造用途的金属材料中最轻的金 属，而且可以通过与多种元素形成合金来提高强度。此外具有相对低的熔点和回收中需要 有限能源的镁合金从回收的观点是合乎需要的，而且期望作为树脂材料的替代物。因此，在 要求减轻重量的小型移动设备如移动电话或移动式仪器以及汽车部件中，镁合金的应用近 来在增加。然而，由于镁及其合金具有塑性加工性能差的hep结构，目前商业化的镁合金制 品主要通过利用注塑的铸造方法如模铸法(die casting)或触融模制(thixomolding)法 制造。然而，经由注塑的铸造具有以下缺点1.机械性能如抗拉强度、延展性和韧性差；2.由于大量的对成型制品不必要的部分如将熔融金属(molten metal)导入模具 中的流槽(runner)而导致材料收率差；3.成型制品可能在其内部包含例如由铸造操作时气泡卷入而造成的气孔，以及因 此可能在铸造后进行热处理；4.由于铸件缺陷如流痕(flow line)、孔隙和毛口(burs)，需要修正或清除操作；5.由于涂布在模具上的脱模剂粘在成型制品上，需要清除操作；和6.由于昂贵的制造设备、不必要部件的存在以及为此所需的清除操作而与高的制 造成本联系在一起。另一方面，通过对铸造所得的材料进行塑性加工如压延或锻造而制成的精制材料 (wrought material)在机械特性上优于铸造材料。然而，由于镁合金在上述塑性加工性能 方面差，研究在受热状态下进行塑性加工。例如，专利文献1和2公开了，通过向配备有一 对辊的活动模具(movable mold)供给熔融金属来进行连续铸造并对所得的铸造材料施加 热压延，可以得到压延材料。专利文献1 :W002/083341小册子专利文献2 日本专利No. 3503898
技术实现思路
本专利技术将要解决的问题随着镁合金制品的应用领域的新近扩展，要求的质量水平变得更为严格，特别是 对于更轻的重量、改善的耐腐蚀性和改进的外观而言。例如，为了获得更轻的质量，意欲利 用形状上的复杂化诸如利用肋式形状(ribbedshape)或局部地改变厚度，或者提高制品自 身的强度。此外，为了实现改善的耐腐蚀性，意欲使添加的元素最优化以及使成型制品的表 面处理最优化。另外在通过先前的铸造方法制成的镁合金制品中，尽管采用一般的涂料作 为表面处理，但是为了提高材料的质感，希望利用所谓透明涂料充当保护膜。然而，这些要 求难以满足上述的现有技术。因此，本专利技术的主要目的在于提供能够稳定制造机械特性和表面质量优异的镁合 金材料的镁合金材料制造方法，以及由上述制造方法得到的镁合金材料、特别是镁合金铸 造材料和镁合金压延材料。本专利技术的另一目的在于提供用所述压延材料制成的镁合金成型 制品，以及其制造方法。解决向题的手段根据本专利技术，通过在连续的铸造操作中规定构成熔融镁合金与之接触的部分的材 料，可以实现上述目的。更具体地，本专利技术的镁合金制造方法包括在熔炉中熔化镁合金以得到熔融金属的熔化步骤，将所述熔融金属从所述熔炉转移至熔融金属池(reservoir)的转移步骤；和经过浇注口(pouring gate)从所述熔融金属池向活动模具供给所述熔融金属，以 及凝固所述熔融金属以连续制造厚度为0. I-IOmm的铸造材料的铸造步骤，其中在从所述 熔化步骤到所述铸造步骤的过程中，所述熔融金属接触的部分由氧含量为20质量％以下 的低氧材料(low-oxygen material)形成。在先前的用于铝、铝合金、铜或铜合金的连续铸造装置中，熔炉的坩埚、存储来自 坩埚的熔融金属用的熔融金属池(tandish)、将熔融金属引入活动模具用的浇注口等用耐 热性和绝热性优异的陶瓷形成，如二氧化硅(硅氧化物(SiO2)，氧含量47质量％ )、氧化铝 (铝氧化物(Al2O3),氧含量53质量％)或氧化钙(CaO，氧含量29质量％)。另一方面， 在用于铝等的连续铸造装置中，活动模具例如由具有优异强度的不锈钢形成。因此，镁合金 的连续铸造利用构造上与用于连续铸造铝等的连续铸造装置相似的装置。然而，作为由本 专利技术人所进行的研究的结果，发现在镁合金的连续铸造中，由上述氧化物构成的部件当用 于镁合金接触的部分中时导致氧化镁的形成，这使得在对所得铸造材料进行二次加工如压 延时，降低表面质量或产生裂缝。构成镁合金主要成分的镁是非常活泼的金属，其氧化物或者氧化镁(MgO)的标准 生成自由能为-220kcal/mOl，这小于用作实用材料的氧化物如氧化铝的标准生成自由能。 因此，在与熔融金属接触的部分如坩埚、熔融金属池或浇注口中采用主要由氧构成的高氧 材料如氧化铝或二氧化硅的情况下，作为熔融金属主要成分存在的镁将上述高氧材料还 原，因而生成氧化镁。没有被再溶解的氧化镁可能在铸造材料中沿着熔融金属的流动混合， 从而导致缺陷如不均勻凝固，造成降低铸造材料表面质量，或者构成异物，它在铸造材料的 二次加工如压延时导致裂缝由此降低其表面质量，或者在最不利的情况下它本身就抑制二8次加工。此外，失去氧的材料可能碎裂(chipped)并且溶解在熔融的镁合金中，由此局部降 低其温度而且导致不均勻凝固，从而降低铸造材料的表面质量。基于上述发现，本专利技术规 定，在条带状的(web-shaped)铸造材料的连续制造中，采用低氧含量的材料作为熔融金属 接触部分中的构成材料。以下将进一步阐述本专利技术。为了获得基本上无限长的镁合金材料(铸造材料)，本专利技术利用进行连续铸造的 连续铸造装置。该连续铸造装置例如包括用于熔化镁合金以得到熔融金属的熔炉，用于暂 时存储来自该熔炉的熔融金属的熔融金属池(tandish)，设置在熔炉和熔融金属池之间的 传送槽(transfer gutter)，向活动模具供给来自该池的熔融金属的浇注口，以及用于铸造 所供给的熔融金属用的活动模具。此外，可在浇注口附近设置熔融金属封板(dam)(侧封 板，side dam)以防止浇注口与活动模具之间的熔融金属泄漏。例如，熔炉配备有用于储存 熔融金属的坩埚和为熔化镁合金而围绕坩埚设置的加热装置以便熔化镁合金。在包括传送 槽和浇注口的供给部件的外边缘上，优选设置加热装置以便维持熔融金属的温度。活动模 具例如可以是(1)如双辊法所代表的由一对辊构成的模具，(2)如双带法所代表的由一对 带子构成的模具，或(3)如轮带法所代表的由多根辊(轮)与带的组合形成的模具。在这 种利用辊和/或带的活动模具中，容易维持恒定的模具温度，而且由于与熔融金属接触的 表面连续显现，在铸造材料中容易保持光滑和恒定的表面状态。特别地，活动模具优选具有 下述构造，其中在彼此不同的方向上旋转的一对辊以相对关系配置，即由上述(1)代表的 构造，这是因为模具制造的精度高以及因为模具表面(与熔融金属接触的表面)能够容易 地维持在恒定位置。此外在上述构造中，由于接触熔融金属的表面随着辊的旋转连续显现， 可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造镁合金材料的方法，所述方法包括：在熔炉中熔化镁合金以得到熔融金属的熔化步骤；将所述熔融金属从所述熔炉传送至熔融金属池的传送步骤；和经过浇注口从所述熔融金属池向活动模具供给所述熔融金属以及凝固该熔融金属以连续制造厚０．１－１０．０ｍｍ的铸造材料的铸造步骤，其中在从所述熔化步骤到所述铸造步骤的过程中，所述熔融金属所接触的所有部分由氧含量２０质量％以下的低氧材料形成，以及所述熔融金属所接触的部分包括所述熔炉中的表面部分、在所述熔炉与所述熔融金属池之间的传送槽的表面部分、所述熔融金属池的表面部分、在所述熔融金属池与活动模具之间的供给部件的表面部分和所述活动模具的表面部分。

【技术特征摘要】
JP 2004-6-30 194844/04制造镁合金材料的方法，所述方法包括在熔炉中熔化镁合金以得到熔融金属的熔化步骤；将所述熔融金属从所述熔炉传送至熔融金属池的传送步骤；和经过浇注口从所述熔融金属池向活动模具供给所述熔融金属以及凝固该熔融金属以连续制造厚0.1 10.0mm的铸造材料的铸造步骤，其中在从所述熔化步骤到所述铸造步骤的过程中，所述熔融金属所接触的所有部分由氧含量20质量％以下的低氧材料形成，以及所述熔融金属所接触的部分包括所述熔炉中的表面部分、在所述熔炉与所述熔融金属池之间的传送槽的表面部分、所述熔融金属池的表面部分、在所述熔融金属池与活动模具之间的供给部件的表面部分和所述活动模具的表面部分。2.权利要求1的方法，其中所述低氧材料是选自碳系材料、钼、碳化硅、氮化硼、铜、铜合金、铁、钢和不锈钢中的一 种或多种。3.权利要求1的方法，其中所述供给部件的表面部分是选自碳系材料、碳化娃和氮化硼中的一种或多种。4.权利要求1的方法，其中所述活动模具由满足下列电导率条件的材料形成 100 ^ y > X-IO其中1代表所述活动模具的电导率，而χ代表所述镁合金材料的电导率。5.权利要求1的方法，其中所述活动模具在其表面上包括满足下列电导率条件的覆盖层 100 彡 y，> X-IO其中1’代表构成所述覆盖层的材料的电导率，而X代表所述镁合金材料的电导率。6.权利要求1的方法，其中所述活动模具在其表面上包括金属覆盖层，其由含有所述镁合金材料的合金组成50 质量％以上的材料形成。7.权利要求1的方法，其中在所述铸造步骤中，所述活动模具的表面温度为构成该活动模具的材料熔点的50%以下。8.权利要求1的方法，其中所述熔炉内部、所述熔融金属池内部和所述熔炉与所述熔融金属池之间的传送槽内部 中的至少之一保持在低氧氛围下；和所述氛围的氧浓度小于空气中的氧浓度。9.权利要求8的方法，其中所述氛围包含少于5vol %的氧，和95vol%以上的其余气体，所述其余气体包含氮气、氩气和二氧化碳中的至少一种。10.权利要求1的方法，其中所述镁合金包含选自Al、Zn、Mn、Y、Zr、Cu、Ag和Si的一种或多种元素，每种元素的量 为0. 01质量％以上以及小于20质量％，和由Mg和杂质构成的余量，Mg的存在量为50质量％以上。11.权利要求10的方法，其中所述镁合金还包含0. 001质量％以上以及小于16质量％的Ca。12.权利要求10的方法，其中所述镁合金还包含选自 Ca、Ni、Au、Pt、Sr、Ti、B、Bi、Ge、In、Te、Nd、Nb、La 禾口 RE 的一种或多种元素，每种元素的量为0. 001质量％以上以及小于5质量％。13.权利要求1的方法，其中在所述熔炉、将所述熔融金属从所述熔炉传送至所述熔融金属池用的传送槽和所述熔 融金属池的至少之一中搅拌该熔融金属。14.权利要求1的方法，其中所述熔融金属在从所述浇注口供给至所述活动模具时具有IOLSkPa以上以及小于 118. 3kPa的压力。15.权利要求14的方法，其中所述活动模具由一对辊构成，其在彼此不同的方向上旋转以及进行设置以使得所述辊 间间隙的中心线成水平；所述熔融金属在水平方向上通过所述浇注口从所述熔融金属池供给至所述辊间的间隙；所述熔融金属向所述辊间间隙的供给通过该熔融金属的重量进行；和所述熔融金属池中熔融金属的液面是在比所述辊间间隙的中心线高30mm以上的位置。16.权利要求15的方法，其中选择离所述辊间间隙的中心线高30mm以上的高度作为所述熔融金属液面的设定值；和控制所述熔融金属池中熔融金属的液面以使得处于所述设定值士 10%的范围内。17.权利要求1的方法，其中所述浇注口处的熔融金属的温度保持在熔点+10°C以上和熔点+85°C以下的温度。18.权利要求1的方法，其中所述熔融金属的温度在所述浇注口的横截面方向上具有10°C以内的温度波动。19.权利要求1的方法，其中 凝固时的冷却速率是50-10，OOOK/s。20.权利要求1的方法，其中所述活动模具对置设置有在彼此不同的方向旋转的一对辊。21.权利要求20的方法，其中包括所述辊的旋转轴的平面与所述浇注口的前端之间的距离是所述辊整个圆周长度 的2. 7%以下。22.权利要求20的方法，其中所述浇注口外边缘的前端之间的距离是所述辊间最小间隙的1-1. 55倍。23.权利要求1的方法，其中所述熔融金属的凝固在其从所述活动模具排出时已完成。24.权利要求23的方法，其中所述活动模具对置设置有在彼此不同的方向旋转的一对辊；和 所述熔融金属的凝固在从包括所述辊的旋转轴的平面到所述浇注口前端的距离的 15-60%范围内完成。25.权利要求23或24的方法，其中从所述活动模具排出的镁合金材料的表面温度是400°C以下。26.权利要求23-25中任一项的方法，其中由所述凝固的镁合金材料对所述活动模具在该镁合金材料的横向上施加的压缩荷载 为 1，500-7，000N/mm。27.权利要求1-26中任一项的方法，其进一步包括对通过所述铸造步骤得到的铸造材料施加热处理的热处理步骤。28.权利要求1的方法，其进一步包括用压延轧辊对通过所述铸造步骤得到的铸造材料施加压延加工的压延步骤。29.权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：沼野正祯，中井由弘，池田利哉，西川太一郎，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]