[发明专利]一种高强度镁合金及制备方法

摘要

本发明涉及一种高强度镁合金及制备方法，它是以镁、铝、锌、钕为原料，在熔炼炉中熔炼，在混合气体保护下，在720℃±10℃熔化，780℃±10℃时加入镁钕中间合金，740℃±10℃精炼，保温，获得镁铝锌钕合金熔液，然后降温至680℃～700℃出炉，经浇铸冷却切制成型，等通道8道次转角挤压，制成高强度镁合金锭，原料配比为镁∶铝∶锌∶钕＝82∶15∶2∶1，铝占15％，铝材料来源丰富，价格低，较经济，稀土元素钕可改变镁合金的金相组织和力学性能，此制备方法工艺流程短，环境污染小，镁合金锭的抗拉强度可提高147.4％，屈服强度可提高210.6％，延伸率448.3％，金相组织致密均匀，平均晶粒尺寸≤2μm。

主权项

1.一种高强度镁合金及制备方法，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％。