一種鎂合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鎂合金，該鎂合金中，鋁的重量百分比為6％～9％，錫的重量百分比為3％～6％，鋅的重量百分比為0～3％，除偶存雜質(zhì)外余量為鎂。因?yàn)槠渲绣a的最大添加量僅為6wt％，其與現(xiàn)有的含錫高強(qiáng)鎂合金相比，其含錫量更少。本發(fā)明提供的鎂合金中，僅僅含有鋁、錫、鋅和鎂，其中錫的最大添加量僅為6wt％，其與現(xiàn)有的含錫高強(qiáng)鎂合金相比，其含錫量更少。并且，通過測(cè)試可以得出，與現(xiàn)有的含錫量相近的其他鎂合金相比，由上述成分構(gòu)成的鎂合金的強(qiáng)度顯著增大，從而實(shí)現(xiàn)了在保證低成本的前提下進(jìn)一步增加鎂合金強(qiáng)度的目的。本發(fā)明還提供了一種鎂合金的制備方法，用于制備由上述成分構(gòu)成的鎂合金。
【專利說明】一種鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎂合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種鎂合金，本發(fā)明還涉及一種鎂合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車輕量化、3C產(chǎn)品和航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，目前鎂合金的應(yīng)用主要局限于鑄造產(chǎn)品，具有高附加值的變形鎂合金由于受到加工成本高、絕對(duì)強(qiáng)度低和延展性差等因素的影響沒有得到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和大范圍推廣。
[0003]通過向鎂中添加其他合金元素并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砗妥冃慰梢蕴岣哝V合金的強(qiáng)度。目前變形高強(qiáng)鎂合金中添加的主要是稀土元素，而且屈服強(qiáng)度超過300MPa的變形稀土鎂合金中稀土元素的含量都超過了 7wt%，如T5態(tài)的Mg-6Y-7Gd-0.5Zr(屈服強(qiáng)度31 OMPa), T6態(tài)的Mg-14Gd_0.5Zr (屈服強(qiáng)度305MPa)等。高稀土含量以及稀土元素的高價(jià)格限制了變形稀土 鎂合金的應(yīng)用，因此要推動(dòng)鎂合金的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用，必須開發(fā)不含稀土元素的高強(qiáng)鎂合金。
[0004]近幾年來，非稀土元素錫在鎂合金中的使用受到越來越多的重視，研究發(fā)現(xiàn)添加錫可以提高鎂合金的強(qiáng)度和高溫性能。例如，260°C擠壓，擠壓比為56:1的Mg-9.88Sn-l.02A1-0.21Mn(wt% )合金經(jīng)過525 °C固溶處理15分鐘，和200 °C峰值時(shí)效后的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別可以達(dá)到190MPa和260MPa ;250°C擠壓，擠壓比為20:1的Mg-9.8Sn-1.2Zn-1.0Al(wt% )合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別可以達(dá)到308MPa和354MPa ; 150°C熱軋，軋制量為90%的Mg-7Sn-5Zn_2Al (wt% )合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別可以達(dá)到318MPa和373MPa。這些合金的強(qiáng)度與傳統(tǒng)Mg-Al系和Mg-Zn系合金相比有了明顯的提高。但是其仍然存在錫添加量過多(例如上述幾種鎂合金中錫的含量均不低于7wt% )導(dǎo)致成本升高，以及與稀土鎂合金相比強(qiáng)度差距較大等問題。
[0005]因此，如何在保證低成本的前提下進(jìn)一步增加鎂合金的強(qiáng)度，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種鎂合金，其能夠在保證低成本的前提下，進(jìn)一步增加鎂合金的強(qiáng)度。本發(fā)明還提供了該鎂合金的一種制備方法。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種鎂合金，其中，鋁的重量百分比為6%~9%，錫的重量百分比為3%~6%，鋅的重量百分比為O~3%，除偶存雜質(zhì)外余量為鎂。
[0009]一種鎂合金的制備方法，其用于制備上述所述的鎂合金，該方法包括以下步驟:
[0010]I)將坩堝加熱至300°C~320°C，向其中加入鎂，并向所述坩堝中通入作為保護(hù)氣體的C02和SF6的混合氣體；[0011]2)對(duì)所述坩堝繼續(xù)進(jìn)行加熱，待鎂完全熔化后，向所述坩堝中加入經(jīng)150°C預(yù)熱的鋁、鋅和錫，然后攪拌5分鐘~10分鐘，之后將得到的鎂合金溶液澆鑄到模具中；
[0012] 3)將得到的鑄錠先在300°C的環(huán)境中保溫18小時(shí)，然后再在400°C的環(huán)境中保溫10小時(shí)，再將鑄錠放入到70°C的水中進(jìn)行淬火；
[0013]4)對(duì)鑄錠進(jìn)行擠壓處理，得到鎂合金的棒材；
[0014]5)將得到的棒材在400°C的環(huán)境中保溫I小時(shí)，然后將棒材放入到室溫的水中進(jìn)行淬火，淬火完成后將棒材在200°C的環(huán)境中進(jìn)行時(shí)效處理，使棒材的硬度達(dá)到峰值硬度，鎂合金的制備操作完成。
[0015]優(yōu)選的，上述鎂合金的制備方法中，步驟4)中的擠壓處理具體為:將鑄錠車削加工成直徑為80mm的圓錠，并將圓錠在380°C~400°C的環(huán)境下預(yù)熱I小時(shí)~1.5小時(shí)，然后在擠壓溫度為400°C，擠壓比為25:1，擠壓速度為lm/min~1.2m/min的條件下對(duì)圓錠進(jìn)行擠壓操作。
[0016]優(yōu)選的，上述鎂合金的制備方法中，步驟I)中在所述坩堝進(jìn)行加熱之前，預(yù)先設(shè)定所述坩堝的最大加熱溫度為720V~730°C。
[0017]優(yōu)選的，上述鎂合金的制備方法中，步驟I)中，保護(hù)氣體中C02和SF6的體積比為10:1。
[0018]優(yōu)選的，上述鎂合金的制備方法中，在步驟I)和步驟2中，向所述坩堝內(nèi)先后加入的鎂、鋁和鋅分別為純鎂金屬、純鋁金屬和純鋅金屬。
[0019]優(yōu)選的，上述鎂合金的制備方法中，在步驟2)中，向所述坩堝內(nèi)加入的錫為純錫金屬或鎂錫中間合金。
[0020]優(yōu)選的，上述鎂合金的制備方法中，在步驟2)中，向所述坩堝中加入鋁、鋅和錫5分鐘以后，再進(jìn)行攪拌操作。
[0021]優(yōu)選的，上述鎂合金的制備方法中，在步驟3)和步驟5)中對(duì)鑄錠和棒材分別進(jìn)行保溫的設(shè)備為馬弗爐。
[0022]優(yōu)選的，上述鎂合金的制備方法中，對(duì)所述棒材進(jìn)行時(shí)效處理的設(shè)備為油浴鍋。
[0023]本發(fā)明提供的鎂合金中，僅僅含有鋁、錫、鋅和鎂，其中，鋁的重量百分比為6%~9%，錫的重量百分比為3%~6%，鋅的重量百分比為O~3%，除偶存雜質(zhì)外余量為鎂。并且，通過測(cè)試可以得出，與現(xiàn)有的含錫量相近的其他鎂合金相比，由上述成分構(gòu)成的鎂合金的強(qiáng)度顯著增大，從而實(shí)現(xiàn)了在保證低成本的前提下進(jìn)一步增加鎂合金強(qiáng)度的目的。本發(fā)明還提供了一種鎂合金的制備方法，用于制備由上述成分構(gòu)成的鎂合金。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金中Mg-9Al_6Sn經(jīng)固溶處理后的背散射電子像(其中白色粒子為Mg2Sn相)；
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金中Mg-9Al-6Sn_3Zn經(jīng)固溶處理后的背散射電子像(其中白色粒子為Mg2Sn相)；
[0027]圖3為擠壓Mg-9Al-6Sn_2Zn合金的拉伸曲線圖；
[0028]圖4為峰值時(shí)效擠壓Mg-9Al-6Sn_3Zn合金的拉伸曲線；
[0029]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂合金的制備方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明提供了一種鎂合金，其能夠在保證低成本的前提下，進(jìn)一步增加鎂合金的強(qiáng)度。本發(fā)明還提供了該鎂合金的一種制備方法。
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032]本發(fā)明的目的是通過向低成本的鎂鋁系合金中添加非稀土元素鋁、錫和鋅，并結(jié)合適當(dāng)?shù)臒崽幚砗蛿D壓等工藝制備出一種低成本、高強(qiáng)度變形鎂合金，該鎂合金的最高強(qiáng)度優(yōu)于目前文獻(xiàn)報(bào)道的其他含錫非稀土鎂合金。
[0033]如圖1-圖4所示， 本發(fā)明實(shí)施方式提供的鎂合金，其中，該鎂合金中，鋁的重量百分比為6%~9%，錫的重量百分比為3%~6%，鋅的重量百分比為O~3%，除偶存雜質(zhì)外余量為鎂。
[0034]上述鎂合金中，僅僅含有鋁、錫、鋅和鎂，其中，鋁的重量百分比為6%~9%，錫的重量百分比為3%~6%，鋅的重量百分比為O~3%，除偶存雜質(zhì)外余量為鎂。因?yàn)槠渲绣a的最大添加量僅為6wt %，其與現(xiàn)有的含錫鎂合金相比，其含錫量更少。并且，通過測(cè)試可以得出，與現(xiàn)有的含錫量相近的其他鎂合金相比，由上述成分構(gòu)成的鎂合金的強(qiáng)度顯著增大，從而實(shí)現(xiàn)了在保證低成本的前提下進(jìn)一步增加鎂合金強(qiáng)度的目的。
[0035]如圖5所示，本發(fā)明還提供了一種鎂合金的制備方法，用于制備上述所述的鎂合金，該方法包括以下步驟:
[0036]S101、將坩堝加熱至300°C~320°C，向其中加入鎂，并向坩堝中通入作為保護(hù)氣體的C02和SF6的混合氣體；
[0037]S102、對(duì)坩堝繼續(xù)進(jìn)行加熱，待鎂完全熔化后，向坩堝中加入經(jīng)150°C預(yù)熱的鋁、鋅和錫，然后攪拌5分鐘~10分鐘，之后將得到的鎂合金溶液澆鑄到模具中；
[0038]S103、將得到的鑄錠先在300 V的環(huán)境中保溫18小時(shí)，然后再在400 V的環(huán)境中保溫10小時(shí)，再將鑄錠放入到70°C的水中進(jìn)行淬火；
[0039]S104、對(duì)鑄錠進(jìn)行擠壓處理，得到鎂合金棒材；
[0040]S105、將得到的棒材在400°C的環(huán)境中保溫I小時(shí),然后將棒材放入到室溫的水中進(jìn)行淬火，淬火完成后將棒材在200°C的環(huán)境中進(jìn)行時(shí)效處理，使棒材的硬度達(dá)到峰值硬度，鎂合金的制備操作完成。其中，室溫具體指的是25°C。
[0041]在上述方法中，步驟S104中的擠壓處理具體為:將鑄錠車削加工成直徑為80mm的圓錠，并將圓錠在380°C~400°C的環(huán)境下預(yù)熱I小時(shí)~1.5小時(shí)，然后在擠壓溫度為400°C，擠壓比為25:1，擠壓速度為lm/min~1.2m/min的條件下對(duì)圓錠進(jìn)行擠壓操作。
[0042]在步驟SlOl中，在坩堝進(jìn)行加熱之前，預(yù)先設(shè)定坩堝的最大加熱溫度為720°C~730℃。
[0043]鎂在坩堝內(nèi)進(jìn)行加熱的過程中，通入坩堝內(nèi)的保護(hù)氣體中C02和SF6的體積比優(yōu)選為10:1。
[0044]在本操作中，向坩堝內(nèi)先后加入的鎂、鋁和鋅分別為純鎂金屬、純鋁金屬和純鋅金屬。而向坩堝內(nèi)加入的錫可以為純錫金屬，也可以為鎂錫中間合金。
[0045]具體的，在步驟S102中，向坩堝中加入鋁、鋅和錫5分鐘以后，再進(jìn)行攪拌操作。
[0046]優(yōu)選的，在步驟S103和步驟S105中分別對(duì)鑄錠和棒材進(jìn)行保溫的設(shè)備均為馬弗爐。
[0047]進(jìn)一步的，對(duì)棒材進(jìn)行時(shí)效處理的設(shè)備為油浴鍋。
[0048]實(shí)施例1:
[0049]鎂合金的化學(xué)成分(重量百分比)為:
[0050]9%招,6%錫(或含錫量為30%的鎂錫中間合金)，余量為鎂。
[0051]鎂合金的熔煉及鑄造:
[0052]I)設(shè)定坩堝溫度為720°C~730°C，開始加熱；當(dāng)坩堝內(nèi)的溫度達(dá)到300°C~320°C時(shí)加入純鎂；并通入體積比例為10:1的C02和SF6的保護(hù)氣；
[0053]2)純鎂完全熔化后，依次加入經(jīng)過預(yù)熱的純鋁和鎂錫中間合金，5分鐘后加攪拌器，攪拌鎂合金溶液8~10分鐘；
[0054]3)掏出鎂合金溶液的表面浮渣，并將鎂合金溶液澆鑄到鐵模具中得到鎂合金的鑄錠。
[0055]均勻化處理:
[0056]將鑄錠在馬弗爐中以300°C的溫度保溫18小時(shí)，然后升溫到400°C保溫10小時(shí)，最后在70°C溫水中進(jìn)行淬火。
[0057]擠壓:
[0058]將均勻化處理后的鑄錠，車削成直徑為80mm的圓錠，在390°C的環(huán)境中預(yù)熱I小時(shí)，在擠壓溫度為400°C，擠壓比為25:1，擠壓速度為lm/min~1.2m/min的條件下制備出鎂合金棒材。
[0059]通過力學(xué)性能測(cè)試得出，該鎂合金的屈服強(qiáng)度為274MPa，抗拉強(qiáng)度為343MPa，延伸率5.1%。
[0060]實(shí)施例2:
[0061]鎂合金的化學(xué)成分(重量百分比)為:
[0062]9%招，6%錫(或含錫量為30%的鎂錫中間合金)，2%鋅，余量為鎂。
[0063]鎂合金熔煉及鑄造:
[0064]I)設(shè)定坩堝溫度為720°C~730°C，開始加熱；當(dāng)坩堝內(nèi)的溫度達(dá)到300°C~320°C時(shí)加入純鎂；并通入體積比例為10:1的C02和SF6的保護(hù)氣；
[0065]2)純鎂完全熔化后，依次加入經(jīng)過預(yù)熱的純鋁、鎂錫中間合金和純鋅，5分鐘后加攪拌器，攪拌鎂合金溶液8-10分鐘；
[0066]3)掏出鎂合金溶液的表面浮渣，并將鎂合金溶液澆鑄到鐵模具中得到鎂合金的鑄錠。
[0067]均勻化處理:[0068]將鑄錠在馬弗爐中以300°C的溫度保溫18小時(shí)，然后升溫到400°C保溫10小時(shí)，最后在70°C溫水中進(jìn)行淬火。
[0069]擠壓:
[0070]將均勻化處理后的鑄錠，車削成直徑為80mm的圓錠，在390°C的環(huán)境下預(yù)熱I小時(shí)，在擠壓溫度為400°C，擠壓比為25:1，擠壓速度為lm/min~1.2m/min的條件下制備出鎂合金棒材。
[0071]通過力學(xué)性能測(cè)試得出，該鎂合金的屈服強(qiáng)度為276MPa，抗拉強(qiáng)度為360MPa，延伸率9.4%。
[0072]實(shí)施例3:
[0073]鎂合金的化學(xué)成分(重量百分比)為:
[0074]9%招，6%錫(或含錫量為30%的鎂錫中間合金)，3%鋅，余量為鎂。
[0075]鎂合金的熔煉及鑄造:
[0076]I)設(shè)定坩堝溫度為720~730°C，開始加熱；當(dāng)坩堝內(nèi)的溫度達(dá)到300°C~320°C時(shí)加入純鎂；并通入體積比例為10:1的C02和SF6的保護(hù)氣；
[0077]2)純鎂完全熔化后，依次加入經(jīng)過預(yù)熱的純鋁、鎂錫中間合金和純鋅，5分鐘后加攪拌器，攪拌鎂合金溶液8~10分鐘； [0078]3)掏出鎂合金溶液的表面浮渣，并將鎂合金溶液澆鑄到鐵模具中得到鎂合金的鑄錠。
[0079]均勻化處理:
[0080]將鑄錠在馬弗爐中以300°C的溫度保溫18小時(shí)，然后升溫到400°C保溫10小時(shí)，最后在70°C溫水中進(jìn)行淬火。
[0081]擠壓:
[0082]將均勻化處理后的鑄錠，車削成直徑為80mm的圓錠，在390°C的環(huán)境中預(yù)熱I小時(shí)，在擠壓溫度為400°C，擠壓比為25:1，擠壓速度為lm/min~1.2m/min的條件下制備出鎂合金棒材。
[0083]固溶處理:
[0084]將擠壓后的鎂合金棒材在馬弗爐中以400°C的溫度保溫I小時(shí)，在室溫水中進(jìn)行淬火。
[0085]時(shí)效處理:
[0086]將經(jīng)過固溶處理的鎂合金棒材，放在油浴鍋中以200°C的溫度時(shí)效處理4小時(shí)。
[0087]通過力學(xué)性能測(cè)試得出，該鎂合金的屈服強(qiáng)度為341MPa，抗拉強(qiáng)度為409MPa，延
伸率4%。
[0088]本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0089]對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鎂合金，其特征在于，該鎂合金中，鋁的重量百分比為6%~9%，錫的重量百分比為3%~6%，鋅的重量百分比為O~3%，除偶存雜質(zhì)外余量為鎂。
2.一種鎂合金的制備方法，其特征在于，用于制備權(quán)利要求1所述的鎂合金，該方法包括以下步驟: 1)將坩堝加熱至300°C~320°C，向其中加入鎂，并向所述坩堝中通入作為保護(hù)氣體的C02和SF6的混合氣體； 2)對(duì)所述坩堝繼續(xù)進(jìn)行加熱，待鎂完全熔化后，向所述坩堝中加入經(jīng)150°C預(yù)熱的鋁、鋅和錫，然后攪拌5分鐘~10分鐘，之后將得到的鎂合金溶液澆鑄到模具中； 3)將得到的鑄錠先在300°C的環(huán)境中保溫18小時(shí)，然后再在400°C的環(huán)境中保溫10小時(shí)，再將鑄錠放入到70°C的水中進(jìn)行淬火； 4)對(duì)鑄錠進(jìn)行擠壓處理，得到鎂合金的棒材； 5)將得到的棒材在400°C的環(huán)境中保溫I小時(shí)，然后將棒材放入到室溫的水中進(jìn)行淬火，淬火完成后將棒材在200°C的環(huán)境中進(jìn)行時(shí)效處理，使棒材的硬度達(dá)到峰值硬度，鎂合金的制備操作完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金的制備方法，其特征在于，步驟4)中的擠壓處理具體為:將鑄錠車削加工成直徑為80mm的圓錠，并將圓錠在380°C~400°C的環(huán)境下預(yù)熱I小時(shí)~1.5小時(shí)，然后在擠壓溫度為400°C，擠壓比為25:1，擠壓速度為lm/min~1.2m/min的條件下對(duì)圓錠進(jìn)行擠壓操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金的制備方法，其特征在于，步驟I)中在所述坩堝進(jìn)行加熱之前，預(yù)先設(shè)定所述坩堝的最大加熱溫度為720V~730°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金的制備方法，其特征在于，步驟I)中，保護(hù)氣體中C02和SF6的體積比為10:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金的制備方法，其特征在于，在步驟I)和步驟2中，向所述坩堝內(nèi)先后加入的鎂、鋁和鋅分別為純鎂金屬、純鋁金屬和純鋅金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，向所述坩堝內(nèi)加入的錫為純錫金屬或鎂錫中間合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，向所述坩堝中加入鋁、鋅和錫5分鐘以后，再進(jìn)行攪拌操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂合金的制備方法，其特征在于，在步驟3)和步驟5)中對(duì)鑄錠和棒材分別進(jìn)行保溫的設(shè)備為馬弗爐。
10.根據(jù)權(quán)利要求2-9中任意一項(xiàng)所述的鎂合金的制備方法，其特征在于，對(duì)所述棒材進(jìn)行時(shí)效處理的設(shè)備為油浴鍋。
【文檔編號(hào)】C22C23/02GK103924142SQ201410195916
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】陳厚文, 劉超強(qiáng), 閆昌建, 聶建峰 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)