《一种阻燃高强镁合金及其制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种阻燃高强镁合金及其制备方法.pdf（6页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104233027 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104233027 A (21)申请号 201410251364.7 (22)申请日 2014.06.06 C22C 23/02(2006.01) C22C 1/03(2006.01) C22F 1/06(2006.01) (71)申请人 河南科技大学 地址 471003 河南省洛阳市涧西区西苑路 48 号 (72)发明人 陈君 李梅菊 李全安 张清 付三玲 刘文闯 陈晓亚 陈雷雷 (74)专利代理机构 郑州睿信知识产权代理有限 公司 41119 代理人 牛爱周 (54) 发明名称 一种阻燃高强镁。
2、合金及其制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种阻燃高强镁合金及其制备 方法， 该镁合金由以下质量百分比的组分组成 ： 3 7 Al， 0.5 2.1 Y， 0.5 1.5 CaO， 余量为 Mg 和不可避免的杂质。本发明的阻 燃高强镁合金， 合金组分为 Mg-Al-Y-CaO， 通过向 Mg-Al合金中添加稀土元素Y和氧化钙， 在提高镁 合金燃点的同时， 通过合金化改善镁合金的显微 组织， 进而提高其室温及高温条件下的抗拉强度 ； 通过控制特定稀土的含量， 引入廉价的氧化钙组 分， 显著提高了镁合金的力学性能和耐热阻燃性 能， 解决现有镁合金不能同时兼顾良好的阻燃性 能与力学性能的问题， 。
3、具有广阔的应用前景。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 (10)申请公布号 CN 104233027 A CN 104233027 A 1/1 页 2 1. 一种阻燃高强镁合金， 其特征在于 ： 由以下质量百分比的组分组成 ： 3 7 Al， 0.5 2.1 Y， 0.5 1.5 CaO， 余量为 Mg 和不可避免的杂质。 2. 一种如权利要求 1 所述的阻燃高强镁合金的制备方法， 其特征在于 ： 包括下列步 骤 ： 1) 将原料镁、 铝在 CO2+SF6混合气体保护下熔化， 形成。
4、合金熔液 A ； 2)当合金熔液A的温度为680700时， 加入中间合金Mg-Y和氧化钙并保温10min， 待合金全部熔化后去除表面浮渣， 升温至 720后， 得合金熔液 B ； 3) 待合金熔液 B 的温度降至 680， 浇铸到模具中， 得铸态合金 ； 4) 对步骤 3) 所得铸态合金进行热处理， 即得所述阻燃高强镁合金。 3. 根据权利要求 2 所述的阻燃高强镁合金的制备方法， 其特征在于 ： 所述原料镁、 铝、 中间合金 Mg-Y 和氧化钙使用前经预热处理。 4. 根据权利要求 3 所述的阻燃高强镁合金的制备方法， 其特征在于 ： 所述预热的温度 为 150 200。 5. 根据权利要求。
5、 2 所述的阻燃高强镁合金的制备方法， 其特征在于 ： 步骤 3) 中所述模 具浇铸前经预热处理。 6. 根据权利要求 5 所述的阻燃高强镁合金的制备方法， 其特征在于 ： 所述模具预热处 理的温度为 180 250。 7. 根据权利要求 2 所述的阻燃高强镁合金的制备方法， 其特征在于 ： 步骤 4) 中所述热 处理是对铸态合金依次进行固溶处理和实效处理。 8. 根据权利要求 7 所述的阻燃高强镁合金的制备方法， 其特征在于 ： 所述固溶处理的 温度为 415 430， 处理时间为 10 14h。 9. 根据权利要求 7 所述的阻燃高强镁合金的制备方法， 其特征在于 ： 所述时效处理的 温度。
6、为 200 250， 处理时间为 10 20h。 权 利 要 求 书 CN 104233027 A 2 1/4 页 3 一种阻燃高强镁合金及其制备方法 技术领域 0001 本发明属于合金材料技术领域， 具体涉及一种阻燃高强镁合金， 同时还涉及一种 阻燃高强镁合金的制备方法。 背景技术 0002 镁合金作为最轻的金属结构材料， 具有高的比强度和比刚度、 优异的铸造性能以 及高的阻尼抗振性能， 易于回收利用， 具有环保特性， 有着非常广泛的应用前景， 受到航空 航天、 电子通讯以及汽车工业等行业的青睐， 成为最具有潜力的金属结构材料之一。Mg-Al 系合金具有良好的铸造工艺性能， 较高的力学性能，。
7、 较小的热裂倾向， 并且成本较低， 易于 成型， 成为应用最广泛的镁合金， 如 AZ31， AZ91， AZ80 及 AM50 等。 0003 但是， 由于镁合金的化学性质非常活泼， 极易与空气中的氧气发生化学反应， 产生 剧烈燃烧。镁合金的这种易于氧化燃烧的特点给合金的生产、 加工和处理带来了非常大的 困难， 极大地阻碍了镁合金的广泛应用， 获得理想的阻燃镁合金一直是镁合金研究领域的 一个重要课题。 国内外对镁合金的阻燃问题给予了广泛的关注和高度重视。 目前， 工业上普 遍采用熔剂覆盖法和气体保护法来解决镁合金熔炼过程中的燃烧问题， 但是现有阻燃方法 存在环境污染以及合金性能降低的问题。国内。
8、外对阻燃镁合金进行了很多研究， 相关文献 已经报道了通过 Ca、 Be、 Re 等元素合金化制备的阻燃镁合金， 取得了一定的成果。现有技术 中， 中国专利ZL99113861.9 “铸造阻燃镁合金及其熔炼和铸造工艺” 中提出了一种含Al、 Sr、 Be 和稀土元素的阻燃镁合金， 其燃点温度可以达到 740， 但是其抗拉强度只有 160MPa， 延 伸率只有 2， 其强度和延伸率还不能满足现在的工业应用。现阶段， 将提高镁合金的阻燃 性能与改善镁合金的组织和力学性能有机结合起来成为目前学者研究的重点。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种阻燃高强镁合金， 解决现有镁合金不能同时兼顾良好的 。
9、阻燃性能与力学性能的问题。 0005 本发明的第二个目的是提供一种阻燃高强镁合金的制备方法。 0006 为了实现以上目的， 本发明所采用的技术方案是 ： 一种阻燃高强镁合金， 由以下质 量百分比的组分组成 ： 3 7 Al， 0.5 2.1 Y， 0.5 1.5 CaO， 余量为 Mg 和不可 避免的杂质。 0007 其中， 杂质元素 Fe、 Cu 和 Ni 的总质量百分比小于 0.2。 0008 本发明的阻燃高强镁合金是以镁、 铝、 氧化钙和中间合金 Mg-Y 为原料熔炼铸造并 经过固溶和时效热处理制备而成。 0009 一种上述的阻燃高强镁合金的制备方法， 包括下列步骤 ： 0010 1) 。
10、将原料镁、 铝在 CO2+SF6混合气体保护下熔化， 形成合金熔液 A ； 0011 2) 当合金熔液 A 的温度为 680 700时， 加入中间合金 Mg-Y 和氧化钙并保温 10min， 待合金全部熔化后去除表面浮渣， 升温至 720后， 得合金熔液 B ； 说 明 书 CN 104233027 A 3 2/4 页 4 0012 3) 待合金熔液 B 的温度降至 680， 浇铸到模具中， 得铸态合金 ； 0013 4) 对步骤 3) 所得铸态合金进行热处理， 即得所述阻燃高强镁合金。 0014 所述原料镁、 铝、 中间合金 Mg-Y 和氧化钙使用前经预热处理。 0015 所述预热的温度为 。
11、150 200。 0016 步骤 3) 中所述模具浇铸前经预热处理。 0017 所述模具预热处理的温度为 180 250。 0018 步骤 4) 中所述热处理是对铸态合金依次进行固溶处理和实效处理。 0019 所述固溶处理的温度为 415 430， 处理时间为 10 14h。 0020 所述时效处理的温度为 200 250， 处理时间为 10 20h。 0021 本发明的阻燃高强镁合金， 合金组分为 Mg-Al-Y-CaO。Al 是镁合金中重要的合金 元素， 在镁基体中有很大的固溶度， 可以起到明显的强化作用， 其强化作用表面在两方面， 一是通过形成 Mg17Al12相的第二相强化， 二是通过。
12、 Al 原子在镁基体中的固溶强化。由于 Mg17Al12相易于软化， 故合金中Al的含量控制在7以下， 但是过低的Al会损害镁合金的铸 造性能， Al 的含量不应低于 3， 故镁合金中的 Al 含量为 3 7 Al。多元微合金化是 提高 Mg-Al 系镁合金性能的有效方法， 在所有合金元素中， 稀土元素是提高镁合金力学性 能和阻燃性能最有效的合金元素， 本发明通过添加少量的稀土元素 Y 改善镁合金组织和性 能， 稀土元素的过量添加会增加合金密度更重要的是提高合金成本， 故本发明中 Y 的添加 量为 0.5 2.1。相关研究表明， 利用 CaO 取代 Ca 在 Mg-Al 系合金中进行添加， 是。
13、一种 更加低成本的提高镁合金力学性能和阻燃性能的方法， 少量CaO能够替代Ca在镁合金中所 起到的有益作用， 提高镁合金的燃点以及抗高温氧化性能， 能够细化镁合金的显微组织进 而提高其力学性能， 但CaO过量会影响铸造性能， 因此本发明的CaO加入量不高于1.5wt， 本发明的多元阻燃高强镁合金在控制合金元素添加量及成本的基础上， 综合利用各合金元 素的协同强化作用， 提高镁合金性能。 0022 本发明的阻燃高强镁合金， 合金组分为 Mg-Al-Y-CaO， 通过向 Mg-Al 合金中添加稀 土元素 Y 和氧化钙， 在提高镁合金燃点的同时， 通过合金化改善镁合金的显微组织， 进而提 高其室温及。
14、高温条件下的抗拉强度 ； 通过控制特定稀土的含量， 引入廉价的氧化钙组分， 显 著提高了镁合金的力学性能和耐热阻燃性能， 解决现有镁合金不能同时兼顾良好的阻燃性 能与力学性能的问题， 具有广阔的应用前景。 0023 本发明的阻燃高强镁合金的制备方法， 以镁、 铝、 氧化钙和中间合金 Mg-Y 为原料 熔炼铸造并经过热处理工艺， 通过复合微合金化， 所得镁合金具有较高的燃点和优异的室 温、 高温力学性能， 保证了高温条件下工作时的安全可靠性 ； 本发明的制备方法工艺简单， 操作方便， 适合大规模工业化生产。 具体实施方式 0024 下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。 0025 具体实施。
15、方式中涉及的原料镁 (Mg)， 铝 (Al)、 氧化钙 (CaO) 和中间合金 Mg-Y 均为 市售产品。 0026 实施例 1 0027 本实施例的阻燃高强镁合金， 由以下质量百分比的组分组成 ： 3 Al， 2.1 Y， 说 明 书 CN 104233027 A 4 3/4 页 5 0.5 CaO， 余量为 Mg 和不可避免的杂质。其中， 杂质元素 Fe、 Cu 和 Ni 的总质量百分比小 于 0.2。 0028 本实施例的阻燃高强镁合金的制备方法， 包括下列步骤 ： 0029 1) 将原料镁、 铝、 中间合金 Mg-Y 和氧化钙预热至 200， 备用 ； 0030 2) 采用刚玉坩埚、 。
16、中频感应炉熔炼， 将预热后的原料镁、 铝在 CO2+SF6混合气体保 护下熔化， 形成合金熔液 A ； 0031 3) 当合金熔液 A 的温度为 690时， 加入中间合金 Mg-Y 和氧化钙颗粒并保温 10min， 待合金全部熔化后去除表面浮渣， 升温至 720后停止升温， 得合金熔液 B ； 合金各 组分的加入量按上述含量要求确认 ； 0032 4) 将钢制模具预热至 180， 待合金熔液 B 的温度降至 680， 浇铸到预热后的模 具中， 得铸态合金 ； 0033 5) 对步骤 4) 所得铸态合金依次进行固溶处理和时效处理， 固溶处理的温度 为 425， 处理时间为 12h ； 时效处理的。
17、温度为 200， 处理时间为 20h， 即得合金组分为 Mg-3Al-2.1Y-0.5CaO 的阻燃高强镁合金。 0034 实施例 2 0035 本实施例的阻燃高强镁合金， 由以下质量百分比的组分组成 ： 5 Al， 1.3 Y， 1.0 CaO， 余量为 Mg 和不可避免的杂质。其中， 杂质元素 Fe、 Cu 和 Ni 的总质量百分比小 于 0.2。 0036 本实施例的阻燃高强镁合金的制备方法， 包括下列步骤 ： 0037 1) 将原料镁、 铝、 中间合金 Mg-Y 和氧化钙预热至 175， 备用 ； 0038 2) 采用刚玉坩埚、 中频感应炉熔炼， 将预热后的原料镁、 铝在 CO2+SF。
18、6混合气体保 护下熔化， 形成合金熔液 A ； 0039 3) 当合金熔液 A 的温度为 700时， 加入中间合金 Mg-Y 和氧化钙颗粒并保温 10min， 待合金全部熔化后去除表面浮渣， 升温至 720后停止升温， 得合金熔液 B ； 合金各 组分的加入量按上述含量要求确认 ； 0040 4) 将钢制模具预热至 250， 待合金熔液 B 的温度降至 680， 浇铸到预热后的模 具中， 得铸态合金 ； 0041 5) 对步骤 4) 所得铸态合金依次进行固溶处理和时效处理， 固溶处理的温度 为 415， 处理时间为 14h ； 时效处理的温度为 250， 处理时间为 10h， 即得合金组分为 。
19、Mg-5Al-1.3Y-1.0CaO 的阻燃高强镁合金。 0042 实施例 3 0043 本实施例的阻燃高强镁合金， 由以下质量百分比的组分组成 ： 7 Al， 0.5 Y， 1.5 CaO， 余量为 Mg 和不可避免的杂质。其中， 杂质元素 Fe、 Cu 和 Ni 的总质量百分比小 于 0.2。 0044 本实施例的阻燃高强镁合金的制备方法， 包括下列步骤 ： 0045 1) 将原料镁、 铝、 中间合金 Mg-Y 和氧化钙预热至 150， 备用 ； 0046 2) 采用刚玉坩埚、 中频感应炉熔炼， 将预热后的原料镁、 铝在 CO2+SF6混合气体保 护下熔化， 形成合金熔液 A ； 0047。
20、 3) 当合金熔液 A 的温度为 680时， 加入中间合金 Mg-Y 和氧化钙颗粒并保温 说 明 书 CN 104233027 A 5 4/4 页 6 10min， 待合金全部熔化后去除表面浮渣， 升温至 720后停止升温， 得合金熔液 B ； 合金各 组分的加入量按上述含量要求确认 ； 0048 4) 将钢制模具预热至 215， 待合金熔液 B 的温度降至 680， 浇铸到预热后的模 具中， 得铸态合金 ； 0049 5) 对步骤 4) 所得铸态合金依次进行固溶处理和时效处理， 固溶处理的温度 为 430， 处理时间为 10h ； 时效处理的温度为 225， 处理时间为 15h， 即得合金组分为 Mg-7Al-0.5Y-1.5CaO 的阻燃高强镁合金。 0050 实验例 0051 本实验例对实施例 1-3 所得阻燃高强镁合金的性能进行检测， 试验方法为 ： 按照 国家标准 GB6397-86 金属拉伸实验试样 加工成 5 倍标准拉伸试样， 在日本岛津 AG-I250kN 电子拉伸试验机上进行拉伸， 拉伸速率为 1mm/min ； 在进行高温拉伸时， 要保温 10 分钟， 再 进行拉伸。结果如表 1 所示。 0052 表 1 实施例 1-3 所得阻燃高强镁合金的性能检测结果 0053 说 明 书 CN 104233027 A 6 。