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(qiáng)韌鎂合金及其構(gòu)件的制造方法。
背景技術(shù)：
鎂合金具有密度低、比強(qiáng)度高的特點(diǎn)，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(jìn)一步反應(yīng)，即使加熱至沸騰，也只能觀測(cè)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(wú)法滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。通過(guò)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(shí)使鎂合金保持高的強(qiáng)度和韌性，對(duì)于制造結(jié)構(gòu)功能一體化構(gòu)件，有著極為重要的意義。
目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類(lèi)似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未搜索到國(guó)內(nèi)外類(lèi)似的資料。
技術(shù)實(shí)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(qiáng)韌鎂合金及其構(gòu)件的制造方法。所述的鎂合金添加Si、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進(jìn)元素（MRAE），這些元素與鎂形成的相可在鎂與水反應(yīng)過(guò)程破壞氫氧化鎂的連續(xù)性，嚴(yán)格控制Be、Zr、Ca等元素，從而達(dá)到促進(jìn)鎂與水反應(yīng)的效果；同時(shí)，通過(guò)添加錳和稀土元素，實(shí)現(xiàn)鎂合金材料的細(xì)化，并產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)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(qiáng)度和韌性的前提下，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(guò)以下技術(shù)方案實(shí)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(qiáng)韌鎂合金，包含組分及重量百分比為：Gd8.0~10.0%，Y2.5~4.5%， Mn0.6~1.0%，Zn0.5~1.0%，Si、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進(jìn)元素（MRAE）的總含量0.1~2.1%，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(chēng)取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鎂錳中間合金、鋅、鎂硅中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鎂錳中間合金、鋅、鎂硅中間合金、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(duì)所述鑄錠在一定溫度下保溫一段時(shí)。
熱變形加工：對(duì)所述鑄錠在一定溫度下進(jìn)行熱變形加工，得到鍛件或型材。
時(shí)效熱處理：對(duì)所述鍛件或型材在一定溫度下保溫一段時(shí)間。
優(yōu)選地，預(yù)處理的步驟中，所述預(yù)熱的溫度為200℃，時(shí)間8小時(shí)。
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700~720℃。
優(yōu)選地，均勻化熱處理的步驟中，所述的保溫條件為490~520℃下12~20小時(shí)。
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(shí)效熱處理步驟中，所述的保溫條件為190~250℃下10~100小時(shí)。
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(qiáng)韌性的同時(shí)，可在室溫或加熱時(shí)與水發(fā)生較快的可控反應(yīng)，適合應(yīng)用于對(duì)結(jié)構(gòu)材料同時(shí)有高強(qiáng)韌性以及環(huán)保降解需求的工業(yè)領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1。
制造重量百分比為Mg-8.0%Gd-2.5%Y-0.6%Mn-0.5%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(chēng)取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鎂錳中間合金、鋅、鎂硅中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鎂錳中間合金、鋅、鎂硅中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時(shí)。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)行精煉處理，使各合金成分均勻混合，去除夾雜物，在700℃澆注，得到鑄錠。
均勻化熱處理步驟：在490℃對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，處理時(shí)間為12小時(shí)。
熱變形加工步驟：在350℃對(duì)鑄錠進(jìn)行擠壓加工，總變形量為95%，得到擠壓型材。
時(shí)效熱處理步驟：在190℃下對(duì)擠壓型材進(jìn)行時(shí)效熱處理，處理時(shí)間為100小時(shí)。
本實(shí)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(duì)水稍許加熱即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件與水的明顯反應(yīng)。同時(shí)具備強(qiáng)度和韌性的良好結(jié)合，力學(xué)性能可達(dá)到Rm≥320MPa，Rp0.2≥220MPa，A≥5%。
實(shí)施例2。
制造重量百分比為Mg-9.0%Gd-3.5%Y-0.8%Mn-0.75Zn%-1.1%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(chēng)取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鎂錳中間合金、鋅、鎂硅中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鎂錳中間合金、鋅、鎂硅中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時(shí)。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)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505℃對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，處理時(shí)間為16小時(shí)。
熱變形加工步驟：在400℃對(duì)鑄錠進(jìn)行擠壓加工，總變形量為85%，得到鍛件。
時(shí)效熱處理步驟：在220℃下對(duì)鍛件進(jìn)行時(shí)效熱處理，處理時(shí)間為50小時(shí)。
本實(shí)施例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生明顯反應(yīng)，對(duì)水稍許加熱即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件與水的快速反應(yīng)。同時(shí)具備高強(qiáng)韌性，力學(xué)性能可達(dá)到Rm≥340MPa，Rp0.2≥240MPa，A≥4%。
實(shí)施例3。
制造重量百分比為Mg-10.0%Gd-4.5%Y-1.0%Mn-1.0Zn%-2.1%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(chēng)取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鎂錳中間合金、鋅、鎂硅中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、鎂錳中間合金、鋅、鎂硅中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時(shí)。
熔煉澆注步驟：推薦采用坩堝電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)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(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，處理時(shí)間為20小時(shí)。
熱變形加工步驟：在450℃對(duì)鑄錠進(jìn)行擠壓加工，總變形量為70%，得到擠壓型材。
時(shí)效熱處理步驟：在250℃下對(duì)擠壓型材進(jìn)行時(shí)效熱處理，處理時(shí)間為10小時(shí)。
本實(shí)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(shí)具備高強(qiáng)韌性，力學(xué)性能可達(dá)到Rm≥360MPa，Rp0.2≥260MPa，A≥3%。
對(duì)比例1。
本對(duì)比例是實(shí)施例1的對(duì)比例，本對(duì)比例涉及一種鎂合金，與實(shí)施例1不同之處僅在所述鎂合金不含Si、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進(jìn)元素。
本對(duì)比例鎂合金制造的構(gòu)件在室溫下與水幾乎觀測(cè)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(duì)比例2。
本對(duì)比例是實(shí)施例2的對(duì)比例，本對(duì)比例涉及一種鎂合金，與實(shí)施例2不同之處僅在所述鎂合金的均勻化熱處理?xiàng)l件為550℃下10小時(shí)。
本對(duì)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(duì)水稍許加熱即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件與水的快速反應(yīng)。但力學(xué)性能不佳，只能達(dá)到：Rm≥260MPa，Rp0.2≥130MPa，A≥2%。
對(duì)比例3。
本對(duì)比例是實(shí)施例3的對(duì)比例，本對(duì)比例涉及一種鎂合金，與實(shí)施例3不同之處僅在所述鎂合金不進(jìn)行熱變形加工。
本對(duì)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(dá)到：Rm≥230MPa，Rp0.2≥110MPa，A≥1.0%。
以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)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(shí)質(zhì)內(nèi)容。