[发明专利]一种高强度镁合金及制备方法

权利要求书

1.一种高强度镁合金的制备方法，其特征在于：使用的化学物质及辅助材料如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

镁：Mg                478g±1g          固态块体

铝：Al                90g±1g           固态块体

锌：Zn                12g±0.05g        固态块体

镁钕中间合金：MgNd    20g±0.05g        固态块体

氧化锌：ZnO           200g±1g          固态粉体

去离子水：H₂O         800ml±5ml        液态液体

六氟化硫：SF₆         40cm³±0.05cm³    气态气体

二氧化碳：CO₂         10000cm³±5cm³    气态气体

丙酮：CH₃COCH₃        500ml±5ml        液态液体

凡士林：C₂₈H₅₃        0.4g±0.0001g     液态糊状

石墨：C               1.6g±0.0001g     固态粉体

制备方法如下：

(1)精选化学物质材料

对制备所需的化学物质及辅助材料要进行精选，并进行纯度含量控制：

镁：Mg              99.8％

铝：Al              99.9％

锌：Zn              99.8％

镁钕中间合金：MgNd            Nd含量为30％，镁含量为70％

氧化锌：ZnO         99.8％

去离子水：H₂O       99.9％

六氟化硫：SF₆       99.5％

二氧化碳：CO₂       99.5％

丙酮：CH₃COCH₃      99.9％

凡士林：C₂₈H₅₃      99.4％

石墨：C             99.8％

(2)预切制固态块体材料

对制备使用的固态块体材料镁、铝、锌、镁钕中间合金要进行预切制，镁、铝块体尺寸为20×20×100mm，锌、镁钕中间合金块体尺寸为5×5×10mm；

(3)预制浇铸模具

对熔炼、浇铸所需的成型模具要进行预制，模具形状为开合式，模体为不锈钢，模腔为4个，模具外形尺寸为300×90×200mm；

(4)熔炼镁合金

①熔炼镁合金是在井式电阻熔炼炉中进行的，熔炼炉为立式结构，主要由炉体、炉盖、炉腔、接线座、热电偶、进气管、排气孔、坩锅、电控箱组成；

②清理熔炼炉

打开熔炼炉，用真空泵抽吸炉腔内灰尘及有害物质，抽吸时间为5min±1min；

③清理、清洁熔炼坩锅

用金属铲、金属刷清除坩锅内残留物，使坩锅内清洁；

用真空泵抽吸坩锅内灰尘及有害物质，抽吸时间为2min±1min；

④刷涂熔炼坩锅

配制涂料：将氧化锌200g±1g、去离子水800ml±5ml，置于容器中，用搅拌棒搅拌，使其混合成粘稠糊状，用毛刷均匀涂抹于坩锅内壁上，涂层厚度为1mm±0.1mm，然后在烘烤箱中烘干，烘烤温度200℃±5℃，烘干时间20min±5min；

⑤预热镁块、铝块、锌块、镁钕中间合金块

将镁块478g±1g、铝块90g±1g、锌块12g±0.05g、镁钕中间合金块20g±0.05g置于专用容器中，然后置于烘烤箱中进行预热，预热温度200℃±5℃，预热时间20min±2min；

⑥熔炼

将熔炼坩埚放入电阻熔炼炉，开启电控箱，加热升温，温度由20℃±3℃升温至400℃±10℃，将预热的镁块、铝块、锌块放入坩埚内，盖好炉盖，继续升温，升温速度为12～14℃/min，升温至720℃±10℃后，保温15～20min，再升温至780℃±10℃，加入镁钕中间合金块20g±0.05g，通入混合保护气体，通入速度为100cm³/min，保温20～25min，然后降温至740℃±10℃，进行精炼，恒温、保温静置30min±5min，获得镁铝锌钕合金熔液，然后降温至680℃～700℃，熔液准备出炉浇铸；

混合保护气体组成体积比为：SF₆：CO₂：空气＝0.2：50：49.8；

(5)浇铸合金锭

在烘烤箱中预热开合式浇铸模具，预热温度为200℃±5℃；

用专用工具扒去坩锅内镁铝锌钕合金熔液上的浮渣；

将盛有镁铝锌钕合金熔液的坩锅，对准浇铸模具的浇铸口滤网，进行浇铸，当模具腔内注满合金熔液时，停止浇铸；

(6)冷却、脱模

浇铸完成后，将模具及合金熔液一起置于自然空气环境中进行冷却，冷却至400℃±5℃；

打开模具，取出合金锭，合金锭在自然空气中冷却至20℃±3℃；

(7)切割成型

对浇铸脱模冷却后的合金锭进行切割，成10×10×50mm的矩形镁合金锭6支，表面粗糙度Ra0.63～1.25μm；

(8)L形等通道挤压成型

①清洗挤压模具通道：丙酮100ml±5ml，注入灌洗三次；

②在镁合金锭表面、方形端面挤压棒和斜角端面挤压棒表面涂覆凡士林0.05g±0.0001g，并粘附石墨粉0.2g±0.0001g；

③将等通道挤压模具加热至300℃±10℃；

④将镁合金锭和方形端面挤压棒垂直放入等通道模具中，预热、静置15min±1min，使镁合金锭和挤压模具达到热平衡；然后以0.04mm/s的速度进行挤压，直到方形端面挤压棒距离等通道模具底部为10mm，退出方形端面挤压棒；再用斜角端面挤压棒垂直放入通道内继续挤压，挤压速度为0.04mm/s，直到斜角端面挤压棒接触到等通道模具底部，镁合金锭由模具水平通道出口排出，整个挤压过程要保证镁合金锭温度始终保持在300℃±10℃；

⑤镁合金锭同方向旋转90°角4次，重复等通道挤压4道次；

⑥将温度降低到280℃±10℃，按上述旋转方向、旋转90°角4次，重复等通道挤压4道次；

(9)切制成型

对8道次等通道挤压后的镁合金锭进行切制成型，尺寸为10×10×50mm，表面粗糙度Ra0.32～0.64μm；

(10)测试、分析、表征

①用电子万能试验机测定镁合金锭抗拉强度、屈服强度及延伸率；

②用金相显微镜、场发射扫描电镜分析镁合金锭金相组织；

③用合金元素光谱分析仪分析镁合金锭化学成分；

(11)储存包装

对制备成型的镁合金锭要用软质材料包装，要防水、防潮、防氧化、防酸盐侵蚀，储存温度20℃±3℃，相对湿度≤20％。