[發明專利]新型阻燃變形鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201310423259.2
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103526092A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 周娜;章楨彥;董杰;靳麗;王鋒華;丁文江
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 牛山;陳少凌

技術領域

本發明涉及一種金屬結構材料領域的鎂合金及其制備方法，具體地說，涉及的是一種新型阻燃變形鎂合金及其制備方法。

背景技術

鎂合金是實際應用中最輕的金屬結構材料。然而鎂合金在熔煉和成形過程中與空氣中的氧、氮和水分極易發生化學反應而引起氧化、燃燒甚至爆炸，且塑性低、室溫成形能力不足，極大的限制了鎂合金在高速交通工具如飛機、高速列車中的工業應用。對于商用變形鎂合金如AZ31、AZ61合金，其阻燃性能甚至低于純鎂，在實際應用中的安全隱患較大。因此有必要開發出阻燃性能和機械性能優良，成本較低的變形鎂合金。

早在20世紀50年代就有人提出了合金化提高鎂合金抗氧化性的想法，即通過向鎂合金中加入適量的易形成致密氧化膜或改善MgO致密性的表面活性元素，使其表面形成致密的保護層，降低合金的氧化速率，減少氧化過程中熱量的產生，從而阻止鎂合金的進一步氧化燃燒。文獻研究表明，Be、Ca、Y、Ce等元素能夠改善鎂合金的抗氧化性，但是Be的加入量不宜過多，否則將引起晶粒粗化、惡化合金的機械性能，并增大熱裂傾向，并且Be因其毒性而不能被廣泛應用；Ca的加入可以在表面形成一層保護膜，起到阻燃的作用；表面活性元素Y的加入可以使合金表面形成致密的Y2O3氧化膜，從而阻止鎂液的進一步氧化燃燒，同時Y還可以起到細化晶粒、改善合金力學性能的作用，但是過量的Y會導致合金的脆性；Ce也是可以同時提高合金抗氧化性能和力學性能的元素。從前面的研究可以看出，單純考慮阻燃性能的提高往往會忽視甚至惡化合金的力學性能，因此綜合考慮鎂合金的阻燃性能和變形能力成為新型變形鎂合金開發的關鍵。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種新型阻燃變形鎂合金及其制備方法。本發明通過鎂合金中復合添加Y、Ca、Ce、Zr四種元素，在提高鎂合金燃點的同時，通過改變熱處理、變形工藝獲得綜合性能優異的耐熱鎂合金。

本發明是通過以下技術方案實現的：

第一方面，本發明涉及一種新型阻燃變形鎂合金，所述合金包含如下重量百分比的各組分：

雜質小于0.07%，

余量為鎂。

優選地，所述雜質的各成分及其重量百分比為：Si≤0.05%、Fe≤0.005%、Cu≤0.015%、Ni≤0.002%。

第二方面，本發明還涉及前述的新型阻燃變形鎂合金的制備方法，所述方法包括：

步驟1，將純Mg、Mg-Y、Mg-Ce、Mg-Zr中間合金進行預熱，烘干；

步驟2，將純Mg放入通有SF₆/CO₂氣體保護的熔爐中熔化；

步驟3，待純Mg完全熔化后，第一次升溫，依次加入Mg-Y、Mg-Ce中間合金及純Ca，第二次升溫，加入Mg-Zr中間合金，第一次扒渣，攪拌，第三次升溫，保溫，降溫精煉，降溫靜置，冷卻，第二次扒渣，澆鑄，得新型阻燃變形鎂合金；

步驟4，后續熱處理：將新型阻燃變形鎂合金進行均勻化處理或固溶處理，即可。

優選地，步驟1中，所述預熱溫度為150～220℃，時間為4h。

優選地，步驟3中，所述第一次升溫的溫度為720～740℃，所述第二次升溫的溫度為760～780℃。

優選地，步驟3中，所述攪拌時間為2～3min。

優選地，步驟3中，所述第三次升溫的溫度為780～800℃，保溫時間為20～30min。

優選地，步驟3中，所述降溫精煉具體為：將鎂液降溫至740～760℃精煉5～10min，所述降溫靜置具體為：將鎂液降溫至720～740℃精置20～30min，所述冷卻溫度為720～740℃。

優選地，步驟4中，所述均勻化處理的溫度為380～420℃，均勻化處理時間為8～14h；所述固溶處理的溫度為500～530℃，固溶處理時間為6～12h。

優選地，步驟4中，所述后續熱處理：將新型阻燃變形鎂合金在溫度為250～450℃、應變速率為0.001-10s-1、擠壓比為5～25的范圍內擠壓成棒、管、板材。

本發明鎂合金中Y為第一組分，Y不僅可以提高鎂合金的燃點，同時可以使鎂合金的織構隨機化，從而提高鎂合金的塑性和變形能力。本發明鎂合金中Y的成分為1.0-6.0wt.%，當Y的含量低于6.0wt.%時，隨著Y含量的增加，合金的燃點明顯增加，當Y含量高于6.0wt.%時，合金的燃點增加不明顯，同時Y含量過高會導致合金中粗大的第二相增加，從而降低合金的塑性和成型能力。