[發明專利]一種高強度高塑性的Mg-Zn-Ca/Fe顆粒復合材料

無效

• 申請號: 201210423520.4
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102876958A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 王敬豐;黃崧;魏怡蕓;潘復生
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C22C30/06
• 分類號: C22C30/06;C22C23/04;C22C1/02
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發明涉及含鐵顆粒的高強度高塑性多元鎂合金及其制造方法，具體的說是高強度高塑性的Mg-Zn-Ca/Fe顆粒復合材料。

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背景技術

鎂的彈性模量比較小，在受力作用下能產生較大的變形，因而鎂合金在沖擊載荷作用下，能吸收較大的沖擊能，可制造承受沖擊的零件。鎂及其合金作為最輕的常用金屬結構材料，已受到人們越來越多的關注，并已在國防軍工、航空航天、高速軌道交通、電子通訊等領域得到了一定程度的應用。而Zn合金具有優良的抗大氣腐蝕性能，在常溫下表面易生成一層保護膜，被主要用于鋼材和鋼結構件的表面鍍層(如鍍鋅板)，廣泛用于汽車、建筑、船舶、輕工等行業。Mg-Zn基合金一直以來受到人們的廣泛關注。在Mg-Zn合金中添加一定量的Ca形成的Mg-Zn-Ca系（ZX系）合金在近幾年來受到廣大學者的關注。由于Ca的質量輕，細化晶粒效果好，可明顯的提高合金的比強度。然而Ca提高合金強度仍是有限。

當前人們研究Mg-Zn合金主要都集中在較低鋅含量合金中，主要研究Zn的固溶強化以及時效強化。簡單的Mg-Zn二元鑄造合金由于存在較大的熱冷縮敏感性、鑄造缺陷較大、強度不高、塑性較低、不易焊接、時效析出組織粗大且不均勻分布等缺點，大大限制了在實際工業上的生產和應用。

CN200510111792.0公開了“生物體內可吸收的Mg-Zn-Ca-Fe多元鎂合金材料”，該成份含量為：Zn:1～8wt%，Ca:0.1～2wt%，Fe:0.1-2?wt%，其余為Mg和不可避免的雜質元素。該專利合金經氬氣保護熔煉、熱處理及熱加工后，其強度為210MPa-300MPa，塑性為2%-12%。該專利合金主要涉及的是一種生物醫用領域的多元鎂合金，而非工程應用領域的合金，該合金強度還達不到某些工程結構材料的應用要求。同時由于較低的合金元素含量，該合金仍為變形鎂合金范疇，這就限制了該合金的鑄造性能。而且，該合金中Fe含量較低，并未與基體作用形成復合材料，且Fe的存在形式未經說明。

借助合金在共晶成分附近一般都具有良好的鑄造性能這個特點，我們選取了Mg-Zn-Ca三元共晶成分進行熔煉，對合金添加一定量的Fe顆粒形成Mg-Zn-Ca/Fe顆粒復合材料，從而改善鎂合金的綜合力學性能和使用性能，拓展其應用范圍。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明解決的技術問題是如何改善鎂合金強度，提供高強度高塑性的Mg-Zn-Ca/Fe顆粒復合材料。本發明的另一目的是提供所述高強度高塑性的Mg-Zn-Ca/Fe顆粒復合材料的制備方法。

本發明采用的技術方案如下：?

高強度高塑性的Mg-Zn-Ca/Fe顆粒復合材料，其特征在于，所述復合材料各組分及其質量百分含量為：?Zn=35%～38%，Ca=2%～4%，Fe=12%～21%，余量為Mg和不可避免的雜質；其中，Fe以游離的Fe顆粒形式存在。

本發明Mg-Zn-Ca/Fe顆粒復合材料的制備過程如下：

（1）?按照上述Mg-Zn-Ca合金組分計算需要原料的重量，原料采用工業純鎂（純度99.9%）、高純鋅（純度99.995%）、Mg-Ca中間合金（Mg-33.17.wt%Ca）；采用氬氣保護感應熔煉，在850℃保溫并電磁感應攪拌使原料充分熔化，待合金全部熔化后繼續感應攪拌5分鐘、得到均勻Mg-Zn-Ca合金液；?

（2）按照上述Fe顆粒組分計算所需要的工業純還原Fe顆粒（純度99.9%,?顆粒大小200目）的質量，在氬氣保護氣氛下，將Fe顆粒與Mg-Zn-Ca合金液混合，同時仍繼續在850℃保溫并電磁感應攪拌5分鐘后進行水冷，得到均勻的Fe顆粒復合材料，制得復合材料合金錠。

本發明中所制備的復合材料經X射線衍射(XRD)?（如圖1所示）和差熱分析(DSC)證實，?Fe粉的加入沒有引入新的合金相，完全以Fe顆粒的形式存在于合金中。

相比現有技術，本發明具有以下優點：?

1、本發明配方設計獨特，添加質量分數為12%～21%的Fe顆粒并沒有改變原有合金的組織結構，也沒有改變合金的熱力學行為，保留了原有合金良好的鑄造性能的特點，同時大幅度提高了原有合金的力學性能。該復合材料具有高強度高塑性的特點，同時又保留了原共晶成分鑄造性能優良的特性，使得該合金具有廣闊的應用前景。

2、本發明工藝方法簡單，熔煉溫度和時間容易控制，具有較好的可操作性。

3、本發明中的元素Mg、Zn、Ca、Fe均為常見的元素，原料資源豐富，同時不含稀土元素，成本較低。

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