本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的鎂合金，具體是一種與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強度鎂合金及其構(gòu)件的制造方法。
背景技術(shù)：
鎂合金具有密度低、比強度高的特點，在各大工業(yè)領(lǐng)域都有較為廣泛的應(yīng)用。另一方面，鎂合金是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中化學(xué)性質(zhì)較為活潑的，可在要求結(jié)構(gòu)材料有降解能力的工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
鎂合金的化學(xué)性質(zhì)雖然較為活潑，但在常溫下，鎂與水的反應(yīng)速度極其微弱，主要原因在于反應(yīng)生成的氫氧化鎂可阻止鎂與水的進一步反應(yīng)，即使加熱至沸騰，也只能觀測到較為緩慢的反應(yīng)。由于在一定溫度范圍內(nèi)，常規(guī)鎂合金與水的反應(yīng)速率偏低，且可控范圍較窄，因此無法滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。通過合金化方法，提高鎂合金與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速率，同時使鎂合金保持高的強度，對于制造結(jié)構(gòu)功能一體化構(gòu)件，有著極為重要的意義。
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技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有鎂合金材料的不足，提供一種與水發(fā)生快速可控反應(yīng)的高強度鎂合金及其構(gòu)件的制造方法。所述的鎂合金添加Si、Fe、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進元素（MRAE），這些元素與鎂形成的相可在鎂與水反應(yīng)過程破壞氫氧化鎂的連續(xù)性，嚴格控制Be、Zr、Ca等元素，從而達到促進鎂與水反應(yīng)的效果；同時，通過添加鋁和稀土元素，實現(xiàn)鎂合金材料的自細化，并產(chǎn)生強烈的時效強化效應(yīng)。在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)控合金化元素比例，可在保持鎂合金材料高強度的前提下，調(diào)控鎂合金與水的反應(yīng)速率，從而使鎂合金滿足在特殊工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
第一方面：本發(fā)明提供一種與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強度鎂合金，包含組分及重量百分比為：Gd8.0~11.0%，Y3.0~5.0%，Al0.6~1.0%，Zn0.5~1.5%，Si、Fe、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進元素（MRAE）的總含量0.05~1.9%，Mg為余量，雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。
第二方面，本發(fā)明提供一種所述鎂合金的構(gòu)件制造方法，所述制造方法具體包含如下步驟。
預(yù)處理：按重量百分比稱取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鋁、鋅、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鋁、鋅、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鎳預(yù)熱。
熔煉澆注：將預(yù)處理后的原材料均勻混合，熔煉；經(jīng)覆蓋、精煉處理后澆注，得到鑄錠。
均勻化熱處理：對所述鑄錠在一定溫度下保溫一段時間。
熱變形加工：對所述鑄錠在一定溫度下進行熱變形加工，得到鍛件或型材。
時效熱處理：對所述鍛件或型材在一定溫度下保溫一段時間。
優(yōu)選地，預(yù)處理的步驟中，所述預(yù)熱的溫度為200℃，時間8小時。
優(yōu)選地，熔煉澆注的步驟中，所述覆蓋采用的覆蓋劑為JDMF，所述精煉采用的精煉劑為RJ6，所述的澆注溫度為710~730℃。
優(yōu)選地，均勻化熱處理的步驟中，所述的保溫條件為500~540℃下12~20小時。
優(yōu)選地，熱變形加工步驟中，所述的熱變形溫度為350~450℃，總變形量為70%~95%。
優(yōu)選地，時效熱處理步驟中，所述的保溫條件為160~230℃下20~140小時。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明所述鎂合金制造的構(gòu)件，在具備較高強度的同時，可在室溫或加熱時與水發(fā)生較快的可控反應(yīng)，適合應(yīng)用于對結(jié)構(gòu)材料同時有高強度以及環(huán)保降解需求的工業(yè)領(lǐng)域。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1。
制造重量百分比為Mg-8.0%Gd-3.0%Y-0.6%Al-0.5%Zn-0.05%MRAE的鎂合金構(gòu)件，Mg為余量，雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。包括以下步驟。
預(yù)處理步驟：按重量百分比稱取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鋁、鋅、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鋁、鋅、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進行覆蓋、精煉劑RJ6進行精煉處理，使各合金成分均勻混合，去除夾雜物，在710℃澆注，得到鑄錠。
均勻化熱處理步驟：在500℃對鑄錠進行均勻化熱處理，處理時間為12小時。
熱變形加工步驟：在350℃對鑄錠進行擠壓加工，總變形量為95%，得到擠壓型材。
時效熱處理步驟：在160℃下對擠壓型材進行時效熱處理，處理時間為140小時。
本實施例制造的構(gòu)件具備一定的與水發(fā)生反應(yīng)的能力，對水稍許加熱即可實現(xiàn)構(gòu)件與水的明顯反應(yīng)。同時具備高強度，力學(xué)性能可達到Rm≥340MPa，Rp0.2≥240MPa，A≥3%。
實施例2。
制造重量百分比為Mg-9.5%Gd-4.0%Y-0.8%Al-1.0Zn%-1.0%MRAE的鎂合金構(gòu)件，Mg為余量，雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。包括以下步驟。
預(yù)處理步驟：按重量百分比稱取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鋁、鋅、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鋁、鋅、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進行覆蓋、精煉劑RJ6進行精煉處理，使各合金成分均勻混合，去除夾雜物，在720℃澆注，得到鑄錠。
均勻化熱處理步驟：在520℃對鑄錠進行均勻化熱處理，處理時間為16小時。
熱變形加工步驟：在400℃對鑄錠進行鍛造加工，總變形量為85%，得到鍛件。
時效熱處理步驟：在200℃下對鍛件進行時效熱處理，處理時間為60小時。
本實施例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生明顯反應(yīng)，對水稍許加熱即可實現(xiàn)構(gòu)件與水的快速反應(yīng)。同時具備高強度，力學(xué)性能可達到Rm≥360MPa，Rp0.2≥260MPa，A≥2.0%。
實施例3。
制造重量百分比為Mg-11.0%Gd-5.0%Y-1.0%Al-1.5Zn%-1.9%MRAE的鎂合金構(gòu)件，Mg為余量，雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。包括以下步驟。
預(yù)處理步驟：按重量百分比稱取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鋁、鋅、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鋁、鋅、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進行覆蓋、精煉劑RJ6進行精煉處理，使各合金成分均勻混合，去除夾雜物，在730℃澆注，得到鑄錠。
均勻化熱處理步驟：在540℃對鑄錠進行均勻化熱處理，處理時間為20小時。
熱變形加工步驟：在450℃對鑄錠進行擠壓加工，總變形量為70%，得到擠壓型材。
時效熱處理步驟：在230℃下對擠壓型材進行時效熱處理，處理時間為20小時。
本實施例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生快速反應(yīng)。同時具備高強度，力學(xué)性能可達到Rm≥380MPa，Rp0.2≥280MPa，A≥1.5%。
對比例1。
本對比例是實施例1的對比例，本對比例涉及一種鎂合金，與實施例1不同之處僅在所述鎂合金不含Si、Fe、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進元素。
本對比例鎂合金制造的構(gòu)件在室溫下與水幾乎觀測不到反應(yīng)，即使將水加熱至沸騰也只能發(fā)生微弱的反應(yīng)。
對比例2。
本對比例是實施例2的對比例，本對比例涉及一種鎂合金，與實施例2不同之處僅在所述鎂合金的均勻化熱處理條件為450℃下10小時。
本對比例鎂合金制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生明顯反應(yīng)，對水稍許加熱即可實現(xiàn)構(gòu)件與水的快速反應(yīng)。但鍛造容易開裂，擠壓容易悶車，且力學(xué)性能不佳，只能達到：Rm≥280MPa，Rp0.2≥150MPa，A≥1%。
對比例3。
本對比例是實施例3的對比例，本對比例涉及一種鎂合金，與實施例3不同之處僅在所述鎂合金不進行熱變形加工。
本對比例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生快速反應(yīng)。但力學(xué)性能不佳，只能達到：Rm≥250MPa，Rp0.2≥130MPa，A≥0.5%。
以上對本發(fā)明的具體實施例和對比例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，在權(quán)利要求范圍內(nèi)做出的各種變形和修改，并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。