本发明专利技术涉及一种高强度高塑性的Mg-Zn-Ca/Fe颗粒复合材料，包括分布于合金中的以下百分比重量的合金化元素成份Zn=35%～38%，Ca=2%～4%，Fe=12%～21%，余量为Mg和不可避免的杂质；其中，Fe以游离的Fe颗粒形式存在。其生产工艺流程为：先熔炼出Mg-Zn-Ca合金液，而后将Fe颗粒加入合金液中感应加热，最终制得成分均匀的Mg-Zn-Ca/Fe颗粒复合材料。本发明专利技术复合材料具有高强度高塑性的特点，同时又保留了原共晶成分铸造性能优良的特性，使得该合金具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含铁颗粒的高强度高塑性多元镁合金及其制造方法，具体的说是高强度高塑性的Mg-Zn-Ca/Fe颗粒复合材料。
技术介绍
镁的弹性模量比较小，在受力作用下能产生较大的变形，因而镁合金在冲击载荷作用下，能吸收较大的冲击能，可制造承受冲击的零件。镁及其合金作为最轻的常用金属结构材料，已受到人们越来越多的关注，并已在国防军工、航空航天、高速轨道交通、电子通讯等领域得到了一定程度的应用。而Zn合金具有优良的抗大气腐蚀性能，在常温下表面易生成一层保护膜，被主要用于钢材和钢结构件的表面镀层(如镀锌板)，广泛用于汽车、建筑、 船舶、轻工等行业。Mg-Zn基合金一直以来受到人们的广泛关注。在Mg-Zn合金中添加一定量的Ca形成的Mg-Zn-Ca系(ZX系)合金在近几年来受到广大学者的关注。由于Ca的质量轻，细化晶粒效果好，可明显的提高合金的比强度。然而Ca提高合金强度仍是有限。当前人们研究Mg-Zn合金主要都集中在较低锌含量合金中，主要研究Zn的固溶强化以及时效强化。简单的Mg-Zn 二元铸造合金由于存在较大的热冷缩敏感性、铸造缺陷较大、强度不高、塑性较低、不易焊接、时效析出组织粗大且不均匀分布等缺点，大大限制了在实际工业上的生产和应用。CN200510111792. O公开了 “生物体内可吸收的Mg-Zn-Ca-Fe多元镁合金材料”，该成份含量为Zn: I 8wt%，Ca:0. I 2wt%，Fe:0. 1-2 wt%，其余为Mg和不可避免的杂质元素。该专利合金经氩气保护熔炼、热处理及热加工后，其强度为210MPa-300MPa，塑性为2%-12%。该专利合金主要涉及的是一种生物医用领域的多元镁合金，而非工程应用领域的合金，该合金强度还达不到某些工程结构材料的应用要求。同时由于较低的合金元素含量，该合金仍为变形镁合金范畴，这就限制了该合金的铸造性能。而且，该合金中Fe含量较低，并未与基体作用形成复合材料，且Fe的存在形式未经说明。借助合金在共晶成分附近一般都具有良好的铸造性能这个特点，我们选取了Mg-Zn-Ca三元共晶成分进行熔炼,对合金添加一定量的Fe颗粒形成Mg-Zn-Ca/Fe颗粒复合材料，从而改善镁合金的综合力学性能和使用性能，拓展其应用范围。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术解决的技术问题是如何改善镁合金强度，提供高强度高塑性的Mg-Zn-Ca/Fe颗粒复合材料。本专利技术的另一目的是提供所述高强度高塑性的Mg-Zn-Ca/Fe颗粒复合材料的制备方法。本专利技术采用的技术方案如下高强度高塑性的Mg-Zn-Ca/Fe颗粒复合材料,其特征在于,所述复合材料各组分及其质量百分含量为Zn=35% 38%，Ca=2% 4%，Fe=12% 21%，余量为Mg和不可避免的杂质；其中，Fe以游离的Fe颗粒形式存在。本专利技术Mg-Zn-Ca/Fe颗粒复合材料的制备过程如下 Cl)按照上述Mg-Zn-Ca合金组分计算需要原料的重量，原料采用工业纯镁(纯度99. 9%)、高纯锌(纯度99. 995%)、Mg-Ca中间合金(Mg_33. 17. wt%Ca);采用氩气保护感应熔炼，在850°C保温并电磁感应搅拌使原料充分熔化，待合金全部熔化后继续感应搅拌5分钟、得到均勻Mg-Zn-Ca合金液； (2)按照上述Fe颗粒组分计算所需要的工业纯还原Fe颗粒(纯度99. 9%,颗粒大小200目)的质量，在氩气保护气氛下，将Fe颗粒与Mg-Zn-Ca合金液混合，同时仍继续在850°C保温并电磁感应搅拌5分钟后进行水冷，得到均匀的Fe颗粒复合材料，制得复合材料合金锭。 本专利技术中所制备的复合材料经X射线衍射(XRD)(如图I所示)和差热分析(DSC)证实，Fe粉的加入没有引入新的合金相，完全以Fe颗粒的形式存在于合金中。相比现有技术，本专利技术具有以下优点 I、本专利技术配方设计独特，添加质量分数为12% 21%的Fe颗粒并没有改变原有合金的组织结构，也没有改变合金的热力学行为，保留了原有合金良好的铸造性能的特点，同时大幅度提高了原有合金的力学性能。该复合材料具有高强度高塑性的特点，同时又保留了原共晶成分铸造性能优良的特性，使得该合金具有广阔的应用前景。2、本专利技术工艺方法简单，熔炼温度和时间容易控制，具有较好的可操作性。3、本专利技术中的元素Mg、Zn、Ca、Fe均为常见的元素，原料资源丰富，同时不含稀土元素，成本较低。附图说明 图I为Mg-Zn-Ca共晶合金及添加Fe颗粒后Mg-Zn-Ca/Fe颗粒X射线衍射图谱。图2为Mg-Zn-Ca共晶合金及添加Fe颗粒后Mg-Zn-Ca/Fe颗粒的力学性能曲线。具体实施例方式 实施例I: 一种高强度高塑性Mg-Zn-Ca/Fe颗粒复合材料，其重量百分比Mg为46. 8%，Zn为37. 2%，Ca为3. 6%，Fe为12. 4%。原材料工业纯镁纯度大于99. 9%，高纯锌纯度大于99. 995%，Mg-Ca中间合金(Mg-33. 17. wt%Ca)，工业还原Fe粉。先将纯镁，纯锌，Mg-Ca中间合金在氩气保护下熔炼在850°C保温并电磁感应搅拌使原料充分熔化，待合金全部熔化后继续感应搅拌5分钟、得到均匀Mg-Zn-Ca合金液；而后在氩气保护下添加Fe粉，同时仍继续在850°C保温并电磁感应搅拌5分钟后进行水冷，得到混合均匀的Fe颗粒复合材料，最终制得复合材料合金锭。对该材料进行力学性能测试，该复合材料具有良好的力学性能，其屈服强度σ y=536. 02Mpa，抗拉强度σ b=694. 28Mpa，延伸率ε =11. 6%。实施例2: 一种高强度高塑性Mg-Zn-Ca/Fe颗粒复合材料，其重量百分比Mg为41. 7%，Zn为35. 1%，Ca为2. 4%，Fe为20. 8%。原材料工业纯镁纯度大于99. 9%，高纯锌纯度大于99. 995%，Mg-Ca中间合金(Mg-33. 17. wt%Ca)，工业还原Fe粉。先将纯镁，纯锌，Mg- Ca中间合金在氩气保护下熔炼在850°C保温并电磁感应搅拌使原料充分熔化，待合金全部熔化后继续感应搅拌5分钟、得到均匀Mg-Zn-Ca合金液；而后在氩气保护下添加Fe粉，同时仍继续在850°C保温并电磁感应搅拌5分钟后进行水冷，得到混合均匀的Fe颗粒复合材料，最终制得复合材料合金锭。对该材料进行力学性能测试，该复合材料具有良好的力学性能，其屈服强度σ y=507. 74Mpa，抗拉强度σ b=672. 72Mpa，延伸率ε =14. 2%。 综上，结合附图I和图2可知，本专利技术添加质量分数为12% 21%的Fe颗粒并没有改变原有合金的组织结构，也没有改变合金的热力学行为，保留了原有合金良好的铸造性能的特点，同时大幅度提高了原有合金的力学性能。本专利技术复合材料可以很好的满足当前结构材料的要求。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。权利要求1.高强度高塑性的Mg-Zn-Ca/Fe颗粒复合材料，其特征在于，所述复合材料各组分及其质量百分含量为Zn=3本文档来自技高网...
【技术保护点】
高强度高塑性的Mg？Zn？Ca/Fe颗粒复合材料，其特征在于，所述复合材料各组分及其质量百分含量为：？Zn=35%～38%，Ca=2%～4%，Fe=12%～21%，余量为Mg和不可避免的杂质；其中，Fe以游离的Fe颗粒形式存在。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王敬丰，黄崧，魏怡芸，潘复生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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