專(zhuān)利名稱(chēng)：流動(dòng)性優(yōu)異的鎂合金及其材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流動(dòng)性優(yōu)異并適用于各種高壓鑄造法如金屬注模法、壓模鑄法或擠壓鑄法的鎂合金，并涉及通過(guò)半熔融金屬的噴注而制備的該鎂合金的材料。
背景技術(shù)：
因?yàn)殒V合金具有輕重量和高強(qiáng)度的特性，因此鎂合金被用于例如便攜式電器等領(lǐng)域，并且其應(yīng)用范圍和應(yīng)用量均在逐漸增加。迄今為了制備這些元件，已廣泛采用了各種各種高壓鑄造法，如金屬注模法、壓模鑄法或擠壓鑄法。
作為可用于高壓鑄造的鎂合金，已標(biāo)準(zhǔn)化了下列Mg-Al基合金。以下示出的數(shù)值是以質(zhì)量％為單位的。
(1)多用途合金9Al-0.6Zn-0.3Mn-余量Mg(AZ91D)(2)高展性合金6Al-0.3Mn-余量Mg(AM60B)(3)高展性合金5Al-0.3Mn-余量Mg(AM50A)(4)高展性合金2Al-0.3Mn-余量Mg(AM20)(5)耐熱合金4Al-1Si-0.4Mn-余量Mg(AS41B)(6)耐熱合金2Al-1Si-0.2Zn-0.4Mn-余量Mg(AS21)(7)耐熱合金4Al-2Mm-0.3Mn-余量Mg(AE42)據(jù)認(rèn)為這些鎂合金具有相對(duì)較高的強(qiáng)度，在鑄造工藝中還具有良好的熔融金屬流動(dòng)性。例如，AZ91D合金作為多用途合金不僅流動(dòng)性好，而且強(qiáng)度和耐蝕性也好，且已被作為平衡合金用于鎂合金產(chǎn)品的主要部分(約90％)。
近來(lái)，要求便攜式電器具有更輕的重量，且要求厚度為1mm或更小且更輕重量的外殼。但對(duì)于具有較好流動(dòng)性的先有鎂合金(如AZ91D)，當(dāng)通過(guò)高壓鑄造工藝制造具有1mm或更小厚度的產(chǎn)品時(shí)，出現(xiàn)的問(wèn)題是由于熔融金屬的差流動(dòng)性而容易引起表面缺陷，從而降低產(chǎn)品產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在上述情況的背景下實(shí)現(xiàn)的，從而本發(fā)明的目的是提供具有比先有材料更為提高的流動(dòng)性且適用于生產(chǎn)厚度更薄的產(chǎn)品的鎂合金，以及提供通過(guò)利用上述合金的注模工藝而制備的鎂合金材料。
為了解決上述問(wèn)題，在發(fā)明的鎂合金中，第一發(fā)明物的特征在于含有質(zhì)量％如下的物質(zhì)Al10.0-12.8％，Si0.4-1.4％，和Mn0.1-0.9％，質(zhì)量％20ppm～800ppm總量的Be、Ca、Sr、Ba和網(wǎng)狀金屬(Mesh metal)的一種或兩種或多種，而其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)，其中所述材料是通過(guò)在半金屬條件下(50％或更低的固相比例)將所述合金噴注進(jìn)模具的高壓鑄造工藝而制備的。
在上述第一發(fā)明物中，鎂合金的特征在于進(jìn)一步包含質(zhì)量％小于0.7％的Zn。
下面將通過(guò)本發(fā)明的鎂合金組分說(shuō)明加工過(guò)程并說(shuō)明確定其含量的原因。
Al10.0-12.8％Al降低熔點(diǎn)和固線溫度，并提高潛熱以提高流動(dòng)性。另外，幾乎不在Mg的基相制備固體，而是在Mg的初晶固化之前進(jìn)行濃縮，以便保持良好的流動(dòng)性，直至當(dāng)固化時(shí)與Mg形成共晶化合物。固化之后，通過(guò)與Mg的共晶化合物分散強(qiáng)度而使強(qiáng)度增加。如果Al量小于10％，則不產(chǎn)生足夠的強(qiáng)度。另一方面，如果高于12.8％，作為金屬間化合物的高強(qiáng)度和易碎的Mg17Al12很大程度上結(jié)晶為具有極低的延展性，并在鑄造中易出現(xiàn)破裂。鑒于這些原因，Al含量被確定為上述范圍。出于同樣的原因，優(yōu)選將下限定為10.2％。
Si0.4-1.4％Si與Mg形成金屬間化合物Mg2Si，并對(duì)Al導(dǎo)致共晶反應(yīng)以結(jié)晶出共晶Si。這些物質(zhì)各自均有助于潛熱的增加和流動(dòng)性的提高。為提供上述效能，Si含量需要為0.4％或更高。相反，若超過(guò)1.4％，則延展性降低，所以Si含量被確定為上述范圍。
Mn0.1-0.9％Mn與Al結(jié)合形成金屬間化合物，并通過(guò)使Fe成為Mn中的雜質(zhì)元素固體而控制耐蝕性的降低。為完全獲得這些效能，需要Mn為0.1％或更高，而低于0.1％時(shí)，效果會(huì)不夠。但如Mn含量高于0.9％，熔融金屬的溶度將降低，所以Mn含量被確定為上述范圍。出于同樣原因，優(yōu)選將其下限設(shè)為0.2％。
Zn小于0.7％因?yàn)閆n降低熔點(diǎn)，所以如果需要的話可以含有Zn，但如含量高于0.7％，鑄造時(shí)易出現(xiàn)破裂，所以含量應(yīng)低于0.7％。
Be、Ca、Sr、Ba、Mm20ppm-800ppm這些元素是用來(lái)控制熔融金屬的氧化作用，同時(shí)維持高流動(dòng)性，并用于防止燃燒。因此如果需要的話可以含有一種或多種。為完全提供這些作用，總共20ppm或更多是必需的，而如低于10ppm，則阻燃作用不充分。另一方面，如總計(jì)超過(guò)800ppm，則熔融金屬的溶度降低，并導(dǎo)致出現(xiàn)這樣的問(wèn)題，即這樣的含量不僅是無(wú)用的，而且易于在鑄造過(guò)程中產(chǎn)生破裂。因此，這些元素的總含量被確定為上述范圍。本發(fā)明的鎂合金的熔融是以上述元素范圍為目標(biāo)，但本發(fā)明物對(duì)于金屬熔融方法沒(méi)有特別的限制，從而可以采用普通常用的方法。在使金屬保持熔融時(shí)或在一次板坯軋制后，可將熔融鎂合金提供給作為后續(xù)程序的鑄造工藝。
作為鑄造步驟中的鑄造方法，可以采用眾所周知的工藝，但因?yàn)楸景l(fā)明的鎂合金具有極佳的鑄造性能并根據(jù)對(duì)鑄造性能的要求，它是適用于可生產(chǎn)高質(zhì)量材料的高壓鑄造工藝如注模法、擠壓鑄法或金屬注模法的材料。
對(duì)于這些鑄造工藝的要求，本發(fā)明沒(méi)有特別的限制，但對(duì)于半熔融條件下的注模工藝，優(yōu)選熔融金屬的固相率為50％或更低。因?yàn)槿绻^(guò)50％，即使是在具有良好鑄造性能的本發(fā)明的合金中熔融金屬的流動(dòng)性也將降低，從而可能難以進(jìn)行所需的注模鑄造。
在高壓鑄造工藝中，因?yàn)槿廴诤辖?也包括半熔融條件)具有高流動(dòng)性，因此鑄造可在熔融金屬的良好流動(dòng)下進(jìn)行，以形成薄厚度的產(chǎn)品，并可獲得高產(chǎn)率。另外，熔融金屬的優(yōu)選流動(dòng)性導(dǎo)致生產(chǎn)出的元件具有較少的缺陷，并且在高強(qiáng)度材料中也確保了極佳的性能。
這樣，通過(guò)本發(fā)明合金所形成的產(chǎn)品可在各種用途中用作輕重量和高強(qiáng)度的元件。因此，可以預(yù)期的是將使使用量擴(kuò)大到許多種便攜式設(shè)備，并使使用擴(kuò)大到用電工具或業(yè)余設(shè)備。此外，與現(xiàn)有的塑料制品相比，鎂合金產(chǎn)品可以進(jìn)行回收，這將有助于環(huán)境保護(hù)。


圖1為表示用于實(shí)施例中的成型體的視圖；圖2為表示常規(guī)材料(AZ91D)中壓輥溫度與熔融金屬流動(dòng)長(zhǎng)度的關(guān)系的線圖。
圖3為表示Al含量與熔融金屬流動(dòng)長(zhǎng)度的關(guān)系的線圖。
圖4為表示Zn含量與熔融金屬流動(dòng)長(zhǎng)度的關(guān)系的線圖。
圖5為表示Si含量與熔融金屬流動(dòng)長(zhǎng)度的關(guān)系的線圖。
圖6為表示Al含量及0.5％的Si與熔融金屬流動(dòng)長(zhǎng)度的關(guān)系的線圖。
圖7為表示室溫時(shí)不同Al含量的壓輥溫度與屈服強(qiáng)度關(guān)系的線圖。
圖8為表示室溫時(shí)不同Al含量的壓輥溫度與抗拉強(qiáng)度關(guān)系的線圖。
圖9為表示室溫時(shí)不同Al含量的壓輥溫度與延展性關(guān)系的線圖。
具體實(shí)施例方式
下面將以實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
將本發(fā)明的鎂合金(本發(fā)明材料)、本發(fā)明范圍之外的作為對(duì)比的合金和現(xiàn)有合金均分別以示于表1的試樣進(jìn)行熔化。切割獲得的鑄塊并制備原料片(約2mm)。將這些片作為原料，采用金屬注模工藝(夾模力為450t)作為一種高壓鑄造工藝，制備螺線流動(dòng)性的評(píng)定模具(未示出)，以獲得具有示于圖1的形狀的螺線體1(厚度2mm，寬度15mm)，成型是在壓輥溫度下進(jìn)行，且噴注速度如下面示于評(píng)估流動(dòng)性中的速度。在流動(dòng)性評(píng)估中，為了形成如圖1所示的螺線形狀體，如果熔融金屬到最遠(yuǎn)部分的距離無(wú)論熔融金屬填充中是否存在破裂均是L2，而沒(méi)有破裂時(shí)熔融金屬到最遠(yuǎn)部分的最佳距離是L1，則用L1作為用于評(píng)估的熔融金屬填充的流動(dòng)距離。
圖2的圖線顯示在先有合金中通過(guò)改變壓輥溫度和噴射速度而引起的注模時(shí)填充熔融金屬的流動(dòng)長(zhǎng)度的變化，并評(píng)估壓輥溫度和噴射速度對(duì)流動(dòng)性的影響。由圖可見(jiàn)，噴射速度比壓輥溫度對(duì)流動(dòng)性的影響更大。
隨后，通過(guò)用原料片測(cè)試試樣對(duì)流動(dòng)性的影響。
Al含量的影響首先，使壓輥溫度恒定為873K，然后對(duì)除Al含量之外具有相同成分的原料片比較填充熔融金屬的流動(dòng)長(zhǎng)度。結(jié)果示于圖3中，當(dāng)Al含量增加時(shí)，流動(dòng)長(zhǎng)度基本上成直線增加。但當(dāng)使用含14.5％的Al的原料片時(shí)，成型體破裂。因此，可見(jiàn)盡管Al的增加增強(qiáng)了流動(dòng)性，但如含量過(guò)量，成型體會(huì)破裂。
根據(jù)12％的Al的參照值，測(cè)試Zn和Si含量對(duì)流動(dòng)性的影響。
Zn含量的影響為了看出Zn的影響，使噴注速度恒定為2m/s，對(duì)含有幾乎12％的Al和不同量Zn的原料片比較流動(dòng)長(zhǎng)度。盡管示于圖4中。通過(guò)包含Zn，流動(dòng)性趨于增大，但當(dāng)使用含0.8％的Zn的合金時(shí)，則難以在858K或更低得到成型體。
Si含量的影響與上類(lèi)似，為了看出Si的影響，使噴注速度恒定為2m/s，對(duì)含有幾乎12％的Al和不同量Si的原料片比較流動(dòng)長(zhǎng)度。結(jié)果示于圖5中。通過(guò)包含Si，流動(dòng)性增大，當(dāng)壓輥溫度相對(duì)較低時(shí)這一效應(yīng)很明顯。壓輥溫度越低，則熔融金屬的流動(dòng)性越低，因此可成形的溫度具有一個(gè)低限，但在本發(fā)明中，因?yàn)橥ㄟ^(guò)Si含量提高了低溫時(shí)的流動(dòng)性，所以在更低的溫度下也可以成型。同時(shí)還證實(shí)在約為0.5％的Si含量時(shí)由含Si而導(dǎo)致的流動(dòng)性的提高達(dá)到峰值。
另外，為了使元素最佳化，根據(jù)0.5％的Si的參照量，使噴注速度恒定為2m/s，并再一次對(duì)不同Al含量的原料片比較和評(píng)估流動(dòng)長(zhǎng)度。結(jié)果示于圖6中，與圖3中的結(jié)果相似，當(dāng)增加Al時(shí)流動(dòng)性增加，但工藝中的即時(shí)評(píng)估更為顯著。因此，在流動(dòng)性的增加中，假設(shè)Al和Si協(xié)同作用。在本評(píng)估中，當(dāng)使用13.5％Al含量的合金原料時(shí)，成型體破裂。因此，與圖3的情況類(lèi)似，通過(guò)增加Al，流動(dòng)性增加，但可見(jiàn)在具有適當(dāng)Si量的合金中，超過(guò)13％的Al量會(huì)導(dǎo)致破裂。
為了研究室溫時(shí)Al含量對(duì)機(jī)械性能的影響，在具不同Al含量的原料片中，通過(guò)使噴注速度恒定(2m/s)和改變壓輥溫度而進(jìn)行注模，且對(duì)得到的成型體測(cè)定屈服強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和延展性。結(jié)果示于圖7-9中。圖7示出屈服強(qiáng)度，而圖8示出抗張強(qiáng)度?？梢?jiàn)如果Al少于10.0％，則屈服強(qiáng)度和抗張強(qiáng)度低，且尤其是當(dāng)壓輥溫度低時(shí)，它們顯著地差。圖9示出了每一成型體的延展性，而本發(fā)明的合金顯示了與壓輥溫度高低無(wú)關(guān)的穩(wěn)定性能。因此，含12％的Al的本發(fā)明合金的成型體在室溫時(shí)顯示出令人滿意的機(jī)械性能。具13.5％的Al的材料的成型體具有良好的機(jī)械性能。
上述實(shí)施例顯示的是各自含有特定量的Zn的本發(fā)明材料，但當(dāng)使用不含Zn的本發(fā)明范圍的合金時(shí)，盡管略有降低，但仍可獲得基本上相同的流動(dòng)性，并且證實(shí)了相同的結(jié)論也適用于機(jī)械性能。
如上所述，因?yàn)楸景l(fā)明的鎂合金含有以質(zhì)量％計(jì)的Al10.0-12.8％，Si0.4-1.4％，Mn0.1-0.9％，和如果需要的話，Zn小于0.7％，其余是Mg和不可避免的雜質(zhì)，所以既不會(huì)發(fā)生鑄造引起的破裂，也不會(huì)破壞所述的機(jī)械性能，而且可以顯著提高流動(dòng)性，并可能制備薄厚度和輕重量的產(chǎn)品。
另外，因?yàn)楸景l(fā)明的鎂合金材料是通過(guò)將上述合金以50％或更低的固相率的半熔融條件下噴注到模具中的注模法制備的，所以它們具有優(yōu)選的機(jī)械性能，且易于獲得輕的重量。
表1

權(quán)利要求
1.鎂合金，含有以質(zhì)量％計(jì)的Al10.0-12.8％，Si0.4-1.4％，和Mn0.1-0.9％，以質(zhì)量％計(jì)總量為20ppm-800ppm的Be、Ca、Sr、Ba和Mesh金屬中的一種或兩種或多種，而其余是Mg和不可避免的雜質(zhì)，其中，本所述材料是通過(guò)將所述合金在半固體條件下以50％或更低的固相率噴注到模具中的高壓鑄造法制備的。
2.權(quán)利要求1的鎂合金，還包含小于0.7％的以質(zhì)量％計(jì)的Zn。
全文摘要
鎂合金，含有以質(zhì)量％計(jì)的Al10.0－12.8％，Si0.4－1.4％，Mn0.1－0.9％，以質(zhì)量％計(jì)總量為20ppm－800ppm的Be、Ca、Sr、Ba和Mesh金屬中的一種或兩種或多種，而其余是Mg和不可避免的雜質(zhì)。既不會(huì)發(fā)生鑄造引起的破裂，也不會(huì)破壞機(jī)械性能，而且可以顯著提高流動(dòng)性，并可能制備薄厚度和輕重量的產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C22C23/00GK1488772SQ0214358
公開(kāi)日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2002年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月11日
發(fā)明者附田之欣, 前原明弘, 縫部勝?gòu)? 內(nèi)田良平, 平, 弘, 彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日本制鋼所