專利名稱：一種添加鈹、鍶的阻燃鎂合金及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種添加鈹、鍶的阻燃鎂合金及制備方法，屬有色金屬制備方法的 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金是目前工業(yè)上可用的最輕的金屬材料之一，具有高的比強(qiáng)度和比剛度， 良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、磁屏蔽性、阻尼減震性、可切削加工性，在汽車、電子和航空 航天領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。鎂合金的熔煉是在電阻熔煉爐中完成的，在熔煉過程中，常常會(huì)發(fā)生氧化燃燒， 給鎂合金的熔煉和產(chǎn)品的鑄造成型帶來工藝難題，而且環(huán)境污染嚴(yán)重、產(chǎn)品合格率 低。為了解決鎂合金在熔煉過程中的氧化燃燒問題， 一般采用熔劑覆蓋或氣體保護(hù) 法，但存在環(huán)境污染和設(shè)備復(fù)雜問題，例如常用的六氟化硫SF6氣體，是國(guó)際禁用 的污染氣體，熔劑覆蓋又會(huì)造成鎂合金液的污染，達(dá)不到產(chǎn)品要求，還會(huì)造成材料 和能源的浪費(fèi)。鎂合金容易氧化燃燒是因?yàn)檠趸V膜較疏松、不致密，不能阻止空氣與鎂的接 觸，因此，向鎂合金中添加合金元素，形成致密的保護(hù)膜也可起到阻燃作用，在鎂 合金中加入稀土類或鈣類也能提高阻燃性， 一般用于耐熱鎂合金，且鈣元素會(huì)使合 金力學(xué)性能降低，而稀土類對(duì)阻燃性的提高有限，在鎂合金中加入鈹元素也可提高 阻燃性，但配比不當(dāng)或過量的鈹也會(huì)引起晶粒粗化，降低力學(xué)性能，目前的阻燃方 法均存在弊端和不足，均不夠理想。發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本發(fā)明的目的就是針對(duì)背景技術(shù)的不足，針對(duì)鎂合金在熔煉、鑄造中出現(xiàn)易氧 化、易燃燒的問題，采用添加合金元素法進(jìn)行熔煉、鑄造，即在熔煉鎂合金過程中 按比例添加鈹Be和鍶Sr元素，使鎂合金在熔煉過程中既可阻止氧化燃燒，又可提 高鎂合金的力學(xué)性能，使鎂合金在無熔劑覆蓋、無氣體保護(hù)下熔煉、鑄造成型。技術(shù)方案本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為鎂、鋁、鋅、鎂錳中間合金、鋁鈹中間合金、 鋁鍶中間合金、去離子水、滑石粉、水玻璃、熔煉劑、精練劑，其組合配比量如下: 以克、毫升為計(jì)量單位鎂Mg 513.7g士2g 固態(tài)塊體鋁Al 42.8g±0.2g 固態(tài)塊體鋅Zn 3g士0.1g 固態(tài)塊體鎂錳中間合金Mg-Mn 28.7g±0.2g 固態(tài)塊體鋁鈹中間合金Al-Be 8.8g±0.1g 固態(tài)塊體鋁鍶中間合金Al-Sr 3g±0.1g 固態(tài)塊體滑石粉Mgs (Si4O10) (OH) 2 35g±lg 固態(tài)粉體水玻璃Na2O3Si02 15ml±lml 液體去離子水H20 750ml±2ml 液體熔煉劑RJ-2: MgCl2KClNaClCaF220g±lg 固態(tài)粉體精練劑XRMJ-5: MgCl2KClNaClCaF2BaCl2 15g±lg 固態(tài)粉體制備方法如下(1)精選化學(xué)物質(zhì)材料對(duì)制備所需的化學(xué)物質(zhì)及輔助材料要嚴(yán)格進(jìn)行精選，并進(jìn)行純度控制: 鎂Mg ^99.85% 鋁Al 299% 鋅Zn 299%鎂錳中間合金Mg-Mn Mg90.6% Mn9.4% 鋁鈹中間合金Al-Be A196.58% Be3.42% 鋁鍶中間合金Al-Sr A189.98% Sri 0.02% 滑石粉Mgs (Si401()) (OH) 2 95% 水玻璃Na203Si02 95%
去離子水H20 99.99%
熔煉劑RJ-2:
MgCl246%、
KC141%、
NaCl 8%、
CaF25%
精練劑XRMJ-5:
MgCl246°/。、
KC135%、
NaCl 8%、
CaF2 5%、
BaCl26%
(2) 預(yù)切制固態(tài)塊體材料
對(duì)制備使用的固態(tài)塊體材料鎂、鋁、鋅、鎂錳中間合金、鋁鈹中間合金、鋁 鍶中間合金要進(jìn)行預(yù)切制，塊體尺寸為 鎂、锘、鋅60x60x60mm 鎂錳中間合金lOxlOxlOmm 鋁鈹中間合金lOxlOxlOmm 鋁鍶中間合金lOxlOxlOmm
(3) 預(yù)制澆鑄模具
對(duì)熔煉、澆鑄使用的模具要進(jìn)行預(yù)制，模具結(jié)構(gòu)為開合式，模體材質(zhì)為不銹鋼， 外形尺寸為300x200x100mm模芯圓柱形C)15x80mm3個(gè)； 矩形15x15x80mm 3個(gè);
(4) 熔煉阻燃鎂合金
① 熔煉鎂合金是在豎式電阻熔煉爐中進(jìn)行的，熔煉爐由爐體、爐蓋、爐腔、溫 度探頭、排氣孔、熔煉坩堝、溫度控制箱組成；
② 清理熔煉爐
打開熔煉爐蓋，用吸塵器抽吸爐腔內(nèi)灰塵及有害物質(zhì)，抽吸時(shí)間為5min±lmin 使熔煉爐內(nèi)潔凈；
③ 清理、清潔熔煉坩堝
用金屬鏟、刷清除坩堝內(nèi)殘留物及有害物質(zhì)，使坩堝內(nèi)潔凈； 用吸塵器抽吸坩堝內(nèi)灰塵及有害物質(zhì)，抽吸時(shí)間為5min±lmin;
④ 刷涂熔煉坩堝內(nèi)壁、熔煉勺
配制涂覆材料將滑石粉35g士lg、水玻璃15mlilml、去離子水750ml±2ml置 于容器中，用攪拌器進(jìn)行攪拌，使其混合均勻； 坩堝、熔煉勺預(yù)熱 將坩堝、熔煉勺置于加熱爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度200°C±5°C，預(yù)熱時(shí)間 30mirtt5min;刷涂坩堝內(nèi)壁、熔煉勺用毛刷均勻刷涂預(yù)熱的坩堝內(nèi)壁、熔煉勺，邊刷涂，邊干燥，反復(fù)進(jìn)行，涂層 厚度為0.2mmi0.05mm;烘干箱烘干將刷涂好的坩堝、熔煉勺置于烘干箱中烘干，烘干溫度20(TCi5'C，烘干時(shí)間 30mini5mim⑤ 預(yù)熱塊體材料、熔煉劑、精練劑將Mg塊513.7g士2g、 Al塊42.8g±0.2g、 Zn塊3g土0.1g、 Mg-Mn中間合金 28.7g±0.2g、 Al-Be中間合金8.8g士0.1g、 Al-Sr中間合金3g士0.1g分別置于專用容器 中，然后置于烘烤箱中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200°C±5°C，預(yù)熱時(shí)間為30min±5min;將熔煉劑RJ-2 20g±lg、精練劑XRMJ-5 15g±lg，分別置于專用容器中，然后 置于烘烤箱中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200'C士5'C，預(yù)熱時(shí)間為15min士lmin;然后在 烘烤箱中恒溫、保溫備用；⑥ 預(yù)熱坩堝將涂覆了耐高溫涂料的坩堝置于預(yù)熱爐中預(yù)熱至40(TC±2(TC，預(yù)熱時(shí)間為 30mini5min;⑦ 熔煉在坩堝內(nèi)壁及底部均勻地撒上一層粉狀熔煉劑RJ-2 4g±0.5g，然后將預(yù)熱的鎂 塊、鋁塊加入預(yù)熱好的坩堝內(nèi)，并在鎂塊上均勻撒上一層熔煉劑RJ-23g±0.5g; 將預(yù)熱的坩禍置于熔煉爐中；開啟熔煉爐，使其升溫，由20'C士3'C升溫至710°C±5'C，升溫速度為8.6'C/min， 升溫時(shí)間為80mini5min;鎂塊、鋁塊熔化后，恒溫、保溫16min士lmin;加入Zn塊3gt0.1g、 Mg-Mn中間合金塊28.7g±0.2g、 Al-Be中間合金塊 8.8g士0.1g、 Al-Sr中間合金塊3g士0.1g,在裝料、熔化過程中，發(fā)現(xiàn)鎂合金液露出并 燃燒時(shí)，均勻撒入熔煉劑RJ-2 2g±0.1g，在71(TC士5'C溫度下，恒溫、保溫、靜置 20min±2min，使其熔化，成合金熔液；
精練扒去合金熔液表面熔渣，將預(yù)熱的熔煉勺浸入合金熔液2/3深處，進(jìn)行攪動(dòng)， 使鎂合金熔液在垂直方向產(chǎn)生強(qiáng)烈循環(huán)對(duì)流，同時(shí)不斷向鎂合金液表面均勻撒入精煉劑XRMJ-5 6g±lg，精煉4min士lmin，至液面呈光亮鏡面，精練完畢后，扒去液 面熔渣，然后升溫至76(TC士5'C，恒溫、保溫、靜置20minilmin ; 降溫調(diào)節(jié)溫度控制箱，熔液溫度由76(TC士5'C降至700'C士5'C，此溫度為澆鑄溫度；在烙煉過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)式如下Be + O — BeOAl + O—A1203Mg + O — MgOSr + 0 — SrOSr + Be + O — Sr2Be90ii式中Be:鈹 O:氧BeO:氧化鈹 A1203:三氧化二鋁 Mg;鎂 MgO:氧化鎂 Sr:鍶 SrO:氧化鍶 Sr2Be9011:鈹鍶氧化物(5) 澆鑄① 預(yù)熱模具，將開合式模具置于烘烤箱中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度20(TCi5'C，預(yù) 熱時(shí)間為120min±10min;② 將熔煉好的熔液對(duì)準(zhǔn)模具澆口、濾網(wǎng)進(jìn)行澆鑄，當(dāng)澆口溢滿時(shí)，停止?jié)茶T；(6) 冷卻澆鑄完成后，將模具及其內(nèi)的鑄件置于自然空氣中冷卻，冷卻至400'C士5'C;
(7) 脫模、二次冷卻打開模具，鑄錠脫模，將鑄錠整體置于干燥的細(xì)砂中，使其在自然空氣中冷卻 至20。C土3。C;(8) 切制成型 將冷卻后的鑄錠進(jìn)行切制，成鎂合金錠；圓柱形鎂合金錠拉伸試驗(yàn)用010x60mm階梯形中間尺寸為06x30mm 矩形鎂合金錠沖擊韌性試驗(yàn)用矩形10xl0x60mm .鎂合金錠表面粗糙度Ra0.32-0.64nm(9) 檢測(cè)、分析對(duì)制備的圓柱形、矩形鎂合金錠的力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)分析； 用X射線衍射儀分析鎂合金鑄錠表面氧化膜衍射強(qiáng)度； 用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)； 用沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)； 用布氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度試驗(yàn)；(10) 儲(chǔ)存包裝對(duì)制備的鎂合金錠要用軟質(zhì)材料包裝、儲(chǔ)存于干燥環(huán)境，要防水、防潮、防氧 化、防酸、鹽侵蝕，儲(chǔ)存溫度20'C土3'C，相對(duì)濕度《20%。所述的阻燃鎂合金的制取，是以鎂、鋁、鋅、鎂錳中間合金為原料，以鋁鈹中 間合金、鋁鍶中間合金為阻燃合金，以鋁鍶中間合金為力學(xué)性能增強(qiáng)合金，以滑石 粉、水玻璃、去離子水為熔煉坩堝涂覆劑，以混合物RJ-2為熔煉劑，以混合物XRMJ-5 為精煉劑。所述的阻燃鎂合金的熔煉是在豎式電阻熔煉爐中進(jìn)行的，熔煉溫度為 710°C±5°C,熔煉時(shí)間為20min±2min,精煉溫度為710°C±5'C,精練時(shí)間為 4min±lmin，精煉后恒溫、保溫、靜置溫度為760°C±5°C，時(shí)間為20min±lmin,澆 鑄溫度為700'C士5'C，鑄錠脫模溫度為40(TC士5'C。所述的阻燃鎂合金制備過程中的阻燃是以添加鋁鈹中間合金、鋁鍶中間合金的
形式完成的，力學(xué)性能的提高是以添加鋁鍶中間合金的形式完成的。所述的阻燃鎂合金鑄錠的冷卻是在干燥的細(xì)砂中進(jìn)行的，在自然空氣中冷卻至 20。C士3。C。有益效果本發(fā)明于與背景技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，它是以鎂、鋁、鋅、鎂錳中間合 金為原料，以鋁鈹中間合金、鋁鍶中間合金為阻燃合金，以鋁鍶中間合金為力學(xué)性 能增強(qiáng)合金，在豎式電阻熔煉爐中，經(jīng)71(TC士5。C熔化，經(jīng)760。C士5'C精煉，經(jīng)添 加熔煉劑、精煉劑，經(jīng)恒溫、保溫、靜置，制成阻燃鎂合金熔液，經(jīng)模具澆鑄，制 成鎂合金鑄錠，再經(jīng)砂粒冷卻，切制成型，最終制成阻燃鎂合金錠，由于在熔煉過 程中，添加了鋁鈹中間合金、鋁鍶中間合金，有效的阻止了鎂合金在熔煉過程中的 燃燒、氧化，而且使阻燃和提高鎂合金的力學(xué)性能保持了平衡，既阻止了鎂合金的 燃燒、氧化，又提高了鎂合金的力學(xué)性能，此制備方法工藝嚴(yán)密、配比合理、操作 容易，工藝流程短，制備效率高，環(huán)境污染小，鎂合金錠產(chǎn)物金相組織結(jié)構(gòu)緊密、 均勻，致密性好，平均晶粒《90拜，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)200MPa，伸長(zhǎng)率可達(dá)10%， 沖擊韌性可達(dá)15 J/cm2，表面硬度可達(dá)HB69，比現(xiàn)有技術(shù)制備的鎂合金，其燃點(diǎn) 溫度可提高30(TC，是十分理想的阻燃鎂合金的制備方法。


圖1為制備工藝流程2為熔煉爐及熔煉狀態(tài)3為澆鑄模具及澆鑄狀態(tài)4為熔煉溫度與時(shí)間坐標(biāo)關(guān)系5為鑄錠表面氧化物衍射強(qiáng)度與衍射角坐標(biāo)關(guān)系6為不阻燃鎂合金鑄錠形貌7為阻燃鎂合金鑄錠形貌8為不加鍶鎂合金錠橫切面金相組織9為加鍶鎂合金錠橫切面金相組織10為鎂合金錠橫切面放大100倍金相組織11為阻燃鎂合金錠力學(xué)性能表 圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下-l.爐體，2.爐座，3.爐蓋，4.密封蓋，5.開合架，6.電阻絲，7.坩堝座，8.坩堝， 9.爐腔，IO.排氣孔，ll.提手，12.鎂合金熔液，13.溫度探頭，14.電控箱，15.液晶顯 示屏，16.指示燈，17.操縱開關(guān)，18.導(dǎo)線，19.導(dǎo)線,20.模具體，21.澆口， 22.濾網(wǎng)， 23.澆鑄直澆道，24.澆鑄橫澆道，25.矩形鑄錠腔，26.圓柱形鑄錠腔。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明圖l所示，為制備工藝流程圖，要嚴(yán)格按制備工藝進(jìn)行，按程序操作。制備所需的化學(xué)物材料組合配比是按預(yù)先設(shè)置的量值范圍而確定的，以克、毫 升為計(jì)量單位，當(dāng)工業(yè)化制取時(shí)，以千克、升為計(jì)量單位，并按比例計(jì)算。制備使用的鎂、鋁、鋅元素以塊體進(jìn)行熔煉，錳、鈹、鍶是以中間合金形式添 加并進(jìn)行熔煉的，即鎂錳中間合金，鋁鈹中間合金，鋁鍶中間合金。鋁鈹中間合金的鈹元素，可有效的防止鎂合金在熔煉過程中的氧化和燃燒，但 過量會(huì)使力學(xué)性能降低，鋁鍶中間合金中的鍶元素可進(jìn)一步促進(jìn)鈹?shù)淖枞夹裕瑴p少 鈹?shù)挠昧?。鋁鍶中間合金的鍶元素，可有效的提高鎂合金的力學(xué)性能，可顯著的細(xì)化晶粒, 增加合金密度，這樣可彌補(bǔ)添加鈹元素使鎂合金力學(xué)性能降低的弊端，使鎂合金的 力學(xué)性能保持平衡，達(dá)到既有效防止鎂合金的氧化和燃燒，又使鎂合金力學(xué)性能保 持穩(wěn)定。阻燃鎂合金的烙煉是在豎式電阻熔煉爐中進(jìn)行的，要嚴(yán)格控制升溫、恒溫、保 溫、靜置、降溫、冷卻的各溫度環(huán)節(jié)，并控制好時(shí)間值。阻燃鎂合金的澆鑄是在專用模具中進(jìn)行的，澆鑄模具內(nèi)設(shè)圓柱形內(nèi)腔、矩形內(nèi) 腔各三個(gè)，以便于進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。澆注后脫模冷卻要把鑄錠置于細(xì)砂粒中，以使鑄錠冷卻均勻，不變形。鑄錠要進(jìn)行切制，制備成圓柱形鎂合金錠和矩形鎂合金錠，圓柱形鎂合金錠中 間成階梯形，以便于進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)，表面粗糙度均為Ra0.32-0.64Mm。
阻燃性試驗(yàn)用燃點(diǎn)測(cè)試法進(jìn)行阻燃性試驗(yàn)將熔化好的阻燃鎂合金液澆鑄成鑄錠，在無保護(hù)的條件下重熔該鑄錠，用溫度 探頭測(cè)量合金液表面溫度，由于鎂燃燒時(shí)將釋放出大量熱量，溫度值將急劇增加， 此時(shí)的溫度定為燃點(diǎn)溫度，也可將熔化好的阻燃鎂合金液扒去表面熔渣，在無保護(hù) 條件下測(cè)量燃點(diǎn)溫度。圖2所示，為豎式熔煉爐及熔煉狀態(tài)圖，在爐座2上為爐體1，爐體l上部為密封蓋4，密封蓋4上部為爐蓋3，爐蓋3與密封蓋4由開合架5控制開合，爐體l 內(nèi)壁設(shè)有電阻絲6，爐體1內(nèi)為爐腔9，爐腔9內(nèi)底部為坩堝座7，坩堝座7上部為 坩堝8，坩堝8上部為提手11，坩堝8內(nèi)為鎂合金液12，在爐蓋3、密封蓋4上部 設(shè)有排氣孔10、溫度探頭13，溫度探頭13通過導(dǎo)線18連接電控箱14，電控箱14 上設(shè)有指示燈16、液晶顯示屏15、操縱開關(guān)17，電控箱14通過導(dǎo)線19連接爐體 1的電阻絲6。圖3所示，為澆鑄模具及澆鑄狀態(tài)圖，模具為開合式，模具體20中間上部為 澆口21、濾網(wǎng)22，并連通直澆道23，直澆道23連通橫澆道24，橫澆道24左部連 接三個(gè)矩形鑄錠腔25，右部連接三個(gè)圓柱形鑄錠腔26，濾網(wǎng)22可用氧化鋯或三氧 化二鋁材料制作。圖4所示，為熔煉溫度與時(shí)間坐標(biāo)關(guān)系圖，縱坐標(biāo)為溫度'C,橫坐標(biāo)為時(shí)間 min，當(dāng)熔煉爐溫度由20。C士3。C，即A點(diǎn)，升溫至710°C±5°C，相交于B點(diǎn)，在此 溫度熔煉、恒溫保溫16min±lmin，添加中間合金，熔煉、恒溫保溫20min士2min， 精練4min士lmin，即B~C區(qū)段，然后升溫至760°C±5°C，即D點(diǎn)，恒溫保溫、靜 置20mirttlmin，即D~E區(qū)段，然后降溫至700°C±5'C，即F點(diǎn)，為澆鑄溫度，澆 鑄后降溫冷卻至40(TC±5°C,即G點(diǎn)，為開模溫度，然后在干燥的細(xì)砂中冷卻至 20°C±3°C，即H點(diǎn)。圖5所示，為X射線衍射儀分析鎂合金鑄錠表面氧化膜組成的各氧化物衍射強(qiáng) 度與衍射角坐標(biāo)關(guān)系圖，縱坐標(biāo)為鑄錠表面氧化物的相對(duì)衍射強(qiáng)度指數(shù)/&11，橫坐 標(biāo)為衍射角29，圖中可知表面氧化膜是一種由氧化鎂、氧化鈹、氧化鍶、氧化鋁、 鈹鍶氧化物組成的復(fù)合氧化膜，在復(fù)合氧化膜結(jié)構(gòu)中，氧化鈹、氧化鍶、氧化鋁、 鈹鍶氧化物填補(bǔ)在氧化鎂膜的疏松空隙中，使整個(gè)氧化膜變的致密，從而阻止了鎂 與空氣的進(jìn)一步接觸氧化，提高了鎂合金的阻燃性。
圖6所示，為不阻燃鎂合金鑄錠形貌圖，圖中可見表面氧化燃燒嚴(yán)重、粗糙 不平，整個(gè)表面被大量氧化燃燒產(chǎn)物覆蓋，成發(fā)泡狀。圖7所示，為阻燃鎂合金鑄錠形貌圖，圖中可見表面光滑、細(xì)膩，無燃燒物 產(chǎn)生，具有金屬光澤。圖8所示，為不加鍶元素鎂合金錠橫切面金相組織圖，圖中可見晶粒粗大， 致密性差。圖9所示，為加鍶元素鎂合金錠橫切面金相組織圖，圖中可見晶粒細(xì)小，致密性好，平均晶?！?(Hun。圖10所示，為鎂合金錠橫切面放大100倍金相組織圖，圖中可知組織由固溶體a-Mg基體、沿晶界分布的p-MgnAh2相以及因不平衡凝固而形成的a-Mg與 P-MgnAl,2相的共晶組織組成，組織緊密均勻、細(xì)小，致密性好，標(biāo)尺單位為100,。 圖11所示，為添加鈹、鍶與不添加鈹、鍶的鎂合金錠力學(xué)性能比較表，表中 可知添加鈹、鍶的鎂合金錠抗拉強(qiáng)度為200MPa，伸長(zhǎng)率為10%，沖擊韌性為15 J/cm2,表面硬度為HB69，力學(xué)性能指標(biāo)高、穩(wěn)定，不添加鈹、鍶的鎂合金錠力學(xué) 性能明顯偏低。
權(quán)利要求
1.一種添加鈹、鍶的阻燃鎂合金及制備方法，其特征在于使用的化學(xué)物質(zhì)材料為鎂、鋁、鋅、鎂錳中間合金、鋁鈹中間合金、鋁鍶中間合金、去離子水、滑石粉、水玻璃、熔煉劑、精練劑，其組合配比量如下以克、毫升為計(jì)量單位鎂Mg 513.7g±2g 固態(tài)塊體鋁Al 42.8g±0.2g固態(tài)塊體鋅Zn 3g±0.1g 固態(tài)塊體鎂錳中間合金Mg-Mn 28.7g±0.2g固態(tài)塊體鋁鈹中間合金Al-Be 8.8g±0.1g 固態(tài)塊體鋁鍶中間合金Al-Sr 3g±0.1g 固態(tài)塊體滑石粉Mg3(Si4O10)(OH)2 35g±1g固態(tài)粉體水玻璃Na2O·3SiO2 15ml±1ml 液體去離子水H2O750ml±2ml 液體熔煉劑RJ-2MgCl2KClNaClCaF2 20g±1g固態(tài)粉體精練劑XRMJ-5MgCl2KClNaClCaF2BaCl2 15g±1g固態(tài)粉體制備方法如下(1)精選化學(xué)物質(zhì)材料對(duì)制備所需的化學(xué)物質(zhì)及輔助材料要嚴(yán)格進(jìn)行精選，并進(jìn)行純度控制鎂Mg≥99.85％鋁Al≥99％鋅Zn≥99％鎂錳中間合金Mg-MnMg90.6％ Mn9.4％鋁鈹中間合金Al-BeAl96.58％Be3.42％鋁鍶中間合金Al-SrAl89.98％Sr10.02％滑石粉Mg3(Si4O10)(OH)295％水玻璃Na2O·3SiO2 95％去離子水H2O 99.99％熔煉劑RJ-2MgCl2 46％、KCl 41％、NaCl 8％、CaF2 5％精練劑XRMJ-5MgCl2 46％、KCl 35％、NaCl 8％、CaF2 5％、BaCl2 6％(2)預(yù)切制固態(tài)塊體材料對(duì)制備使用的固態(tài)塊體材料鎂、鋁、鋅、鎂錳中間合金、鋁鈹中間合金、鋁鍶中間合金要進(jìn)行預(yù)切制，塊體尺寸為鎂、鋁、鋅60×60×60mm鎂錳中間合金10×10×10mm鋁鈹中間合金10×10×10mm鋁鍶中間合金10×10×10mm(3)預(yù)制澆鑄模具對(duì)熔煉、澆鑄使用的模具要進(jìn)行預(yù)制，模具結(jié)構(gòu)為開合式，模體材質(zhì)為不銹鋼，外形尺寸為300×200×100mm模芯圓柱形Φ15×80mm 3個(gè)；矩形15×15×80mm 3個(gè)；(4)熔煉阻燃鎂合金①熔煉鎂合金是在豎式電阻熔煉爐中進(jìn)行的，熔煉爐由爐體、爐蓋、爐腔、溫度探頭、排氣孔、熔煉坩堝、溫度控制箱組成；②清理熔煉爐打開熔煉爐蓋，用吸塵器抽吸爐腔內(nèi)灰塵及有害物質(zhì)，抽吸時(shí)間為5min±1min使熔煉爐內(nèi)潔凈；③清理、清潔熔煉坩堝用金屬鏟、刷清除坩堝內(nèi)殘留物及有害物質(zhì)，使坩堝內(nèi)潔凈；用吸塵器抽吸坩堝內(nèi)灰塵及有害物質(zhì)，抽吸時(shí)間為5min±1min；④刷涂熔煉坩堝內(nèi)壁、熔煉勺配制涂覆材料將滑石粉35g±1g、水玻璃15ml±1ml、去離子水750ml±2ml置于容器中，用攪拌器進(jìn)行攪拌，使其混合均勻；坩堝、熔煉勺預(yù)熱將坩堝、熔煉勺置于加熱爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度200℃±5℃，預(yù)熱時(shí)間30min±5min；刷涂坩堝內(nèi)壁、熔煉勺用毛刷均勻刷涂預(yù)熱的坩堝內(nèi)壁、熔煉勺，邊刷涂，邊干燥，反復(fù)進(jìn)行，涂層厚度為0.2mm±0.05mm；烘干箱烘干將刷涂好的坩堝、熔煉勺置于烘干箱中烘干，烘干溫度200℃±5℃，烘干時(shí)間30min±5min；⑤預(yù)熱塊體材料、熔煉劑、精練劑將Mg塊513.7g±2g、Al塊42.8g±0.2g、Zn塊3g±0.1g、Mg-Mn中間合金28.7g±0.2g、Al-Be中間合金8.8g±0.1g、Al-Sr中間合金3g±0.1g分別置于專用容器中，然后置于烘烤箱中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200℃±5℃，預(yù)熱時(shí)間為30min±5min；將熔煉劑RJ-2 20g±1g、精練劑XRMJ-5 15g±1g，分別置于專用容器中，然后置于烘烤箱中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200℃±5℃，預(yù)熱時(shí)間為15min±1min；然后在烘烤箱中恒溫、保溫備用；⑥預(yù)熱坩堝將涂覆了耐高溫涂料的坩堝置于預(yù)熱爐中預(yù)熱至400℃±20℃，預(yù)熱時(shí)間為30min±5min；⑦熔煉在坩堝內(nèi)壁及底部均勻地撒上一層粉狀熔煉劑RJ-2 4g±0.5g，然后將預(yù)熱的鎂塊、鋁塊加入預(yù)熱好的坩堝內(nèi)，并在鎂塊上均勻撒上一層熔煉劑RJ-2 3g±0.5g；將預(yù)熱的坩堝置于熔煉爐中；開啟熔煉爐，使其升溫，由20℃±3℃升溫至710℃±5℃，升溫速度為8.6℃/min，升溫時(shí)間為80min±5min；鎂塊、鋁塊熔化后，恒溫、保溫16min±1min；加入Zn塊3g±0.1g、Mg-Mn中間合金塊28.7g±0.2g、Al-Be中間合金塊8.8g±0.1g、Al-Sr中間合金塊3g±0.1g，在裝料、熔化過程中，發(fā)現(xiàn)鎂合金液露出并燃燒時(shí)，均勻撒入熔煉劑RJ-2 2g±0.1g，在710℃±5℃溫度下，恒溫、保溫、靜置20min±2min，使其熔化，成合金熔液；精練扒去合金熔液表面熔渣，將預(yù)熱的熔煉勺浸入合金熔液2/3深處，進(jìn)行攪動(dòng)，使鎂合金熔液在垂直方向產(chǎn)生強(qiáng)烈循環(huán)對(duì)流，同時(shí)不斷向鎂合金液表面均勻撒入精煉劑XRMJ-5 6g±1g，精煉4min±1min，至液面呈光亮鏡面，精練完畢后，扒去液面熔渣，然后升溫至760℃±5℃，恒溫、保溫、靜置20min±1min；降溫調(diào)節(jié)溫度控制箱，熔液溫度由760℃±5℃降至700℃±5℃，此溫度為澆鑄溫度；在熔煉過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)式如下Be+O→BeOAl+O→Al2O3Mg+O→MgOSr+O→SrOSr+Be+O→Sr2Be9O11式中Be鈹O氧BeO氧化鈹Al2O3三氧化二鋁Mg；鎂MgO氧化鎂Sr鍶SrO氧化鍶Sr2Be9O11鈹鍶氧化物(5)澆鑄①預(yù)熱模具，將開合式模具置于烘烤箱中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度200℃±5℃，預(yù)熱時(shí)間為120min±10min；②將熔煉好的熔液對(duì)準(zhǔn)模具澆口、濾網(wǎng)進(jìn)行澆鑄，當(dāng)澆口溢滿時(shí)，停止?jié)茶T；(6)冷卻澆鑄完成后，將模具及其內(nèi)的鑄件置于自然空氣中冷卻，冷卻至400℃±5℃；(7)脫模、二次冷卻打開模具，鑄錠脫模，將鑄錠整體置于干燥的細(xì)砂中，使其在自然空氣中冷卻至20℃±3℃；(8)切制成型將冷卻后的鑄錠進(jìn)行切制，成鎂合金錠；圓柱形鎂合金錠拉伸試驗(yàn)用Φ10×60mm階梯形中間尺寸為Φ6×30mm矩形鎂合金錠沖擊韌性試驗(yàn)用矩形10×10×60mm鎂合金錠表面粗糙度Ra0.32-0.64μm(9)檢測(cè)、分析對(duì)制備的圓柱形、矩形鎂合金錠的力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)分析；用X射線衍射儀分析鎂合金鑄錠表面氧化膜衍射強(qiáng)度；用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；用沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；用布氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度試驗(yàn)；(10)儲(chǔ)存包裝對(duì)制備的鎂合金錠要用軟質(zhì)材料包裝、儲(chǔ)存于干燥環(huán)境，要防水、防潮、防氧化、防酸、鹽侵蝕，儲(chǔ)存溫度20℃±3℃，相對(duì)濕度≤20％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加鈹、鍶的阻燃鎂合金及制備方法，其特征在 于所述的阻燃鎂合金的制取，是以鎂、鋁、鋅、鎂錳中間合金為原料，以鋁鈹中 間合金、鋁鍶中間合金為阻燃合金，以鋁鍶中間合金為力學(xué)性能增強(qiáng)合金，以滑石 粉、水玻璃、去離子水為熔煉坩堝涂覆劑，以混合物RJ-2為熔煉劑，以混合物XRMJ-5 為精煉劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加鈹、鍶的阻燃鎂合金及制備方法，其特征在 于所述的阻燃鎂合金的熔煉是在豎式電阻熔煉爐中進(jìn)行的，熔煉溫度為 710°C±5°C，烙煉時(shí)間為20min±2min，精煉溫度為710°C±5°C ，精練時(shí)間為 4min士lmin，精煉后恒溫、保溫、靜置溫度為760'C士5。C，時(shí)間為20min士lmin,澆 鑄溫度為700'C士5'C，鑄錠脫模溫度為400°?！?°0。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加鈹、鍶的阻燃鎂合金及制備方法，其特征在 于所述的阻燃鎂合金制備過程中的阻燃是以添加鋁鈹中間合金、鋁鍶中間合金的 形式完成的，力學(xué)性能的提高是以添加鋁鍶中間合金的形式完成的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加鈹、鍶的阻燃鎂合金及制備方法，其特征在 于所述的阻燃鎂合金鑄錠的冷卻是在干燥的細(xì)砂中進(jìn)行的，在自然空氣中冷卻至 20°C±3°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種添加鈹、鍶的阻燃鎂合金及制備方法，它是以鎂、鋁、鋅、鎂錳中間合金為原料，以鋁鈹中間合金、鋁鍶中間合金為阻燃劑，以鋁鍶中間合金為力學(xué)性能增強(qiáng)劑，在豎式熔煉爐中，經(jīng)710℃±5℃熔煉、760℃±5℃精練后靜置、700℃±5℃澆鑄，經(jīng)添加熔煉劑、精練劑，經(jīng)恒溫、保溫、靜置，制成阻燃性鎂合金熔液，經(jīng)模具澆鑄、細(xì)砂冷卻、切制成型，最終制成阻燃鎂合金錠，熔煉中添加的鋁鈹中間合金、鋁鍶中間合金，有效的阻止了鎂合金的燃燒、氧化，同時(shí)提高了鎂合金的力學(xué)性能，此方法工藝嚴(yán)密，配比合理，工藝流程短，環(huán)境污染小，鎂合金錠產(chǎn)物金相組織結(jié)構(gòu)緊密均勻，致密性好，平均晶?！?0μm，抗拉強(qiáng)度可達(dá)200MPa，沖擊韌性可達(dá)15J/cm²。
文檔編號(hào)B22D21/00GK101104901SQ20071013923
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日
發(fā)明者弘 馮, 張金山, 偉 梁, 王紅霞, 韓富銀 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)