[发明专利]一种用于铸造汽车零部件的纳米碳化铬改性的Mg-Al-Mn系镁合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金材料制备技术领域，具体涉及一种用于铸造汽车零部件的纳米碳化铬改性的Mg-Al-Mn系镁合金材料及其制备方法。

背景技术

镁合金材料在汽车零部件制造领域应用较为广泛，市场需求量也逐步攀升，镁合金材料具有质量密度小、减振性能好、比强度和比刚度高、熔点低、铸造性能好、更利用汽车轻量化等优点，虽然镁合金材料具备这些优点，但是目前镁合金材料在汽车中的应用还十分有限，导致这一现象的原因主要有：镁合金存在高温蠕变性差、不耐环境腐蚀；高性能镁合金生产成本较高。

目前镁合金的种类主要有Mg-Al-Zn系高韧性合金、Mg-Al系耐热合金、Mg-Zn系耐热合金以及Mg-Zn-RE、Mg-RE等几种，其中Mg-Al系耐热合金种类最多，加入不同的元素配比可以获得不同性能特性的Mg-Al系列合金，这些合金材料固然存在其独有的优势，也存在一些缺陷，现有的问题主要集中在生产成本较高、材料利用率低等方面，在实际应用仍受到限制，因此，未来的研究方面主要集中在用部分其他元素代替稀土元素，以降低生产成本以及更高效的综合各元素的强化作用，抑制单一元素的不良影响，改善单一的生产方式，获得综合性能更为优良的合金材料。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种用于铸造汽车零部件的纳米碳化铬改性的Mg-Al-Mn系镁合金材料及其制备方法，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于铸造汽车零部件的纳米碳化铬改性的Mg-Al-Mn系镁合金材料，其特征在于，该镁合金材料由以下重量百分比的原料制成：Al粉5-6wt.%、Mn粉2-2.5wt.%、Ca粉1-2wt.%、W粉0.1-0.2wt.%、Bi粉0.01-0.02wt.%、纳米碳化铬1-2wt.%、聚乙烯吡咯烷酮0.01-0.02wt.%、无水乙醇适量、杂质元素≤0.01wt.%、余量为Mg粉。

所述的一种用于铸造汽车零部件的纳米碳化铬改性的Mg-Al-Mn系镁合金材料的制备方法为：

（1）先将聚乙烯吡咯烷酮投入适量无水乙醇中，配制成聚乙烯吡咯烷酮无水乙醇，随后投入纳米碳化铬，高速搅拌分散使得纳米碳化铬在溶液中完全分散均匀，随后投入Mg粉，继续搅拌分散20-30min后将混合浆料投入球磨机中研磨搅拌40-50min，最后将所得浆料经干燥处理，完全除去无水乙醇，所得混合粉体备用，其中无水乙醇与Mg粉的体积比为1-1.5:1；

（2）将步骤（1）制备得到的混合粉体与其它剩余物料混合，充分搅拌混合均匀后投入电阻炉中，在保护气体氛围下边搅拌边加热至700-750℃进行熔炼处理，待物料完全熔融后保温放置20-30min，最后将所得熔体浇注压制成型，即得。

有益效果：本发明制备了Mg-Al-Mn系镁合金,并在其中掺混了W、Bi等元素，能进一步提高合金材料的硬度和导热散热性，改善加工性能，此外，以聚乙烯吡咯烷酮无水乙醇溶液作为介质，将纳米碳化铬分散于其中，再将其与Mg粉混合研磨，从而将纳米碳化铬均匀包裹分散于Mg粉中，在后续的熔炼过程中与其它金属元素混合的也更为充分，较之传统的直接掺混方面改性作用更为高效，制备的镁合金材料硬度大大提高，低温韧性佳，耐磨耐蚀，以此材料制备的汽车零部件加工性能和使用性能均得到改善。

具体实施方式

实施例

本实施例的镁合金材料由以下重量份的原料制成：Al粉5.5wt.%、Mn粉2wt.%、Ca粉1.5wt.%、W粉0.1wt.%、Bi粉0.01wt.%、纳米碳化铬1.5wt.%、聚乙烯吡咯烷酮0.01wt.%、无水乙醇适量、杂质元素≤0.01wt.%、余量为Mg粉。

其制备方法为：

（1）先将聚乙烯吡咯烷酮投入适量无水乙醇中，配制成聚乙烯吡咯烷酮无水乙醇，随后投入纳米碳化铬，高速搅拌分散使得纳米碳化铬在溶液中完全分散均匀，随后投入Mg粉，继续搅拌分散25min后将混合浆料投入球磨机中研磨搅拌40min，最后将所得浆料经干燥处理，完全除去无水乙醇，所得混合粉体备用，其中无水乙醇与Mg粉的体积比为1.2:1；

（2）将步骤（1）制备得到的混合粉体与其它剩余物料混合，充分搅拌混合均匀后投入电阻炉中，在保护气体氛围下边搅拌边加热至735℃进行熔炼处理，待物料完全熔融后保温放置25min，最后将所得熔体浇注压制成型，即得。

本实施例制得的镁合金取试样进行性能测试结果为：常温下的抗拉强度：321MPa，延伸率：11.4%，硬度：132HV，200℃条件下抗拉强度达到290MPa，延伸率为9.4%，且耐磨性较同种类的普通镁合金提高57.5%。