[發(fā)明專利]一種高強度鋅鋁鎂合金鑄錠及其制備方法

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• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107653409A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 常峰;夏建強;徐宏;王明杰
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽恒利增材制造科技有限公司
• 主分類號: C22C23/04
• 分類號: C22C23/04;C22C26/00;C22C1/10;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 北京元本知識產(chǎn)權(quán)代理事務所11308
• 代理人: 范奇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金領(lǐng)域，具體涉及一種高強度鋅鋁鎂合金鑄錠及其制備方法。

背景技術(shù)

鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其比強度、比剛度均很高，比彈性模量與高強鋁合金、合金鋼的大致相同，同時具有良好的阻尼性能。因而利用鎂合金材料可以充分發(fā)揮出該材料電磁屏蔽效果好、重量小、減震能力強、易于成型的特點，截至目前為止，鎂合金材料在航空航天科學領(lǐng)域和汽車制造等領(lǐng)域有著廣泛的應用，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，鎂合金材料具必定會有更加廣闊的應用前景和使用價值。

這些年來隨著中國汽車市場消費水平的日益提高，中國汽車的保有量有了大幅度的提升，而鎂合金使用在汽車制造材料上，可以有效的降低汽車的整體質(zhì)量，提升汽車的性能，具有節(jié)能環(huán)保的作用，這也活躍了鎂合金市場的發(fā)展，此外，在有色金屬行業(yè)中，鎂合金作為子行業(yè)，在中國制造業(yè)的發(fā)展過程中發(fā)揮了重要的作用，也可以借助制造業(yè)升級來提升競爭力。鎂合金工產(chǎn)業(yè)是一種材料密集型的行業(yè)，其受技術(shù)因素影響較大，因此鑄造鎂合金技術(shù)的研究對于鎂合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

不過鎂合金在使用過程中也暴露出了較多的缺點，比如鎂合金的韌性和塑性較差，在高溫下表現(xiàn)的性能不好，耐腐蝕能力也不強，這些缺點限制了鎂合金的使用，是以提高鎂合金的強度、硬度是當前鎂合金技術(shù)研究的主要內(nèi)容，本發(fā)明使用稀土表面改性的金剛石微粉增強鋅鋁鎂合金，并加入細化劑和助劑，使得制備出的合金材料性能較好。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上目的，本發(fā)明公開了一種高強度鋅鋁鎂合金鑄錠及其制備方法，通過添加稀土復合增強材料和細化劑等，使得制備的合金的抗拉性能、屈服強度、硬度等都有所改善。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高強度鎂合金鑄錠，由以下質(zhì)量百分比的原料組成：金剛石微粉復合材料0.8-1.2％，鋅4.2-5.8％，鋁2.4-3.6％，鋯0.3-0.6％，鈣0.1-0.2％，不可避免的雜質(zhì)≤0.05％，余量為鎂；其中，金剛石微粉復合材料為氧化釓表面改性的金剛石微粉，其制備過程為：

a)金剛石微粉的表面處理：將一定量的金剛石微粉浸泡于盛有硝酸的反應瓶中，加熱至硝酸沸騰并保持15-20min，反應完成后冷卻至室溫用去離子水洗滌數(shù)次，然后置于60-80℃真空干燥箱中烘干至恒重，待用；

b)用燒杯配置摩爾濃度為0.5-1mol/L的硝酸釓水溶液適量，取表面處理過的金剛石微粉置于燒杯中使之混合，再將燒杯置于功率為60-100W的超聲波清洗器超聲分散1-2h，得到分散均勻的金剛石微粉-硝酸釓水懸浮體系，將混合均勻的懸浮體系經(jīng)真空抽濾、洗滌、干燥處理制成包裹硝酸釓的前驅(qū)體，再將前驅(qū)體置于820-850℃溫度下煅燒1-2h，獲得顆粒表面加釓改性的金剛石微粉。

所述金剛石微粉的粒徑不大于0.5um；其中，氧化釓表面改性的金剛石微粉復合材料不僅可以使合金組織內(nèi)晶粒細化均勻，還可以有效提高合金強度和硬度等。

所述超聲波清洗器的溫度為20-25℃。

上述高強度鋅鋁鎂合金鑄錠的制備方法包括熔煉工藝和熱處理工藝；其中，所述熔煉工藝在N₂和SF₆混合氣體保護條件下進行，步驟如下：

(1)稱料和烘料：按原料質(zhì)量百分比，分別稱取金剛石微粉復合材料、鎂錠、鋅錠、鋁錠、鎂鋯中間合金和鎂鈣中間合金；并將各種原料放置在200-220℃的預熱爐中預熱4-5h；

(2)熔煉：將預熱后的鎂錠置于熔化爐中加熱至660-680℃至鎂錠完全熔化，然后升溫至740-760℃，向熔化的鎂液中加入鎂鋯中間合金和鎂鈣中間合金；待鎂鋯中間合金和鎂鈣中間合金完全熔化后，熔體溫度回升至740-760℃時加入預熱過的金剛石微粉復合材料、鋅錠和鋁錠，攪拌至完全熔化，得到混合合金熔體；

(3)精煉和靜置：將步驟(2)所得的混合合金熔體升溫至780℃，撇去表面浮渣，然后攪拌混合均勻后保溫15-30min，在此溫度下精煉3-5min，精煉完成后再撇去表面浮渣，回升至780℃，靜置45-60min；

(4)鑄造：靜置后待混合合金熔體降溫至690-700℃時，向預先加熱好的鋼制模具中進行澆注，得到合金鑄錠；

所述的熱處理工藝為：

將熔煉得到的合金鑄錠在460-500℃溫度下進行2-4h的固溶處理，而后在180-190℃溫度中進行12-16h的時效處理。

所述熔煉工藝中混合氣體N₂和SF₆的體積比為5:1。

所述鋼制模具的預熱溫度為260-300℃。