耐熱阻燃壓鑄鎂合金及其熔煉鑄造工藝的製作方法

2023-05-26 13:35:11

專利名稱：耐熱阻燃壓鑄鎂合金及其熔煉鑄造工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種壓鑄鎂合金及其熔煉鑄造工藝，尤其涉及一種具有高的高溫強度和阻燃性能的鎂合金及其熔煉鑄造工藝，屬於金屬材料或冶金技術領域。
現有技術中的鎂合金是實際應用中最輕的結構材料，它具有比重輕，比強度、比剛度高，阻尼性能、切削性能好等優點。由於鎂的化學性質極其活潑，在鎂合金的熔煉和加工過程中極易劇烈氧化並導致燃燒，因此其生產必須在熔劑或者氣體保護條件下進行。由於熔劑主要成份為氯鹽和氟鹽，在使用過程中會產生Cl2、HCl和HF等有毒氣體，造成環境汙染；同時熔劑殘留在合金中還會導致合金強度下降和腐蝕合金。而氣體保護則使生產設備和工藝複雜，也會造成環境汙染以及腐蝕生產設備。另一方面，常用Mg-Al-Zn系壓鑄鎂合金AZ91雖然具有優異的壓鑄性能，但是只能在低於100℃的溫度下使用，從而限制了合金的應用。現存的耐熱鎂合金，如AZ42、ZE41、EZ33等，雖然具有很高的高溫強度，但是鑄造性能差，不能使用壓鑄這一鎂合金鑄件最為常用的成型工藝。鑑於以上原因，人們一直希望找到一種合金，它在熔煉過程中可以阻燃，同時還具有優異的壓鑄性能。美國專利(4543234)所定義的鎂合金雖然能夠大大提高熔化狀態下的抗氧化性能，但仍舊需要採取保護措施才能熔煉和澆鑄，並且該合金還不具備高的高溫性能。經過多次的文獻檢索，至今沒有發現具有優異的阻燃性能、耐熱性能和壓鑄性能相結合的鎂合金。
本發明的目的在於針對現有技術的上述不足，提出一種具有高的高溫強度、阻燃壓鑄鎂合金及其熔煉鑄造工藝。
本發明的技術方案如下不使用任何保護措施，在大氣中直接熔煉時，通過在鎂熔液中加入一定的阻燃合金和強化元素並採取相應的工藝方法，使鎂合金表面生成一種緻密的氧化保護膜，阻止鎂在熔煉過程中的燃燒。由於Be、Ca對合金阻燃性能的提高，Al、Ca對合金力學性能和鑄造性能的有益作用，以及各種合金元素的合理搭配，使得同AZ91相比具有更高的高溫強度(150℃)。最終獲得了能夠在大氣中直接進行熔煉、適合於壓鑄生產，能夠在150℃的高溫下使用的鎂合金及其熔煉鑄造工藝。本發明包括兩部分內容本發明的成份配方(重量百分比)7.5～9.5％Al，0.3～1.0％Zn，0.05～0.5％Mn，0.01～0.15％Be，0.1～1.5％Ca，0.01～0.5％Sr，雜質元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其餘為Mg。
本發明的熔煉和鑄造工藝為在大氣中直接熔煉的條件下，將工業純鎂加入到刷過塗料的乾燥的坩堝當中，在爐底撒少許覆蓋劑，鎂完全熔化之後，650℃左右加入阻燃合金和強化元素Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr。其中Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr分別以工業純鋁、工業純鋅、Al-Mn中間合金、Al-Be中間合金、工業純鈣、Al-Sr中間合金的形式加入。待合金元素全部溶解之後，用工具攪拌使其混合均勻繼續升高溫度至730～760℃，對合金液進行精煉10～20分鐘(可採用精煉劑或者其他精煉方法)，然後靜置20分鐘，撈去表面浮渣後進行壓鑄。壓鑄可以採用手工或者機械手在冷室壓鑄機上壓鑄，也可以在熱室壓鑄機上壓鑄而不需其他阻燃措施。
本發明具有實質性特點和顯著的進步，直接暴露在大氣的條件下，可以實現不需要其他阻燃保護措施直接熔煉，合金液溫度達到760℃時液面也不會出現燃燒點；可以在冷/熱室壓鑄機上直接進行壓鑄而不必採取其他阻燃措施；合金室溫抗拉強度、屈服強度、伸長率分別大於150MPa、90MPa、1.5％，150℃溫度下抗拉強度、屈服強度、伸長率分別大於140MPa、110MPa、5.1％。
以下結合實施例對本發明的技術方案作進一步描述。
實施例1合金成份(重量百分比)9.0％Al，0.5％Zn，0.1％Mn，0.05％Be，0.5％Ca、0.1％Sr，雜質元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其餘為Mg。
按照上述成份配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業純鎂15公斤，同時撒少量覆蓋劑在坩堝底部，合金完全熔化後，先後加入純Al 834克、純Ca 84克、純Zn 84克、Al-5Be合金167克、Al-10Sr合金167克、Al-10Mn合金167克，溶解後充分攪拌合金液，繼續升溫到730℃時用精煉劑精煉10分鐘，撈去表面浮渣，液面沒有出現任何燃燒點，然後保溫靜置20分鐘，用澆勺舀取合金液在400噸冷室壓鑄機上進行壓鑄。常溫抗拉強度、屈服強度和伸長率分別為161MPa、101MPa、3％，150℃抗拉強度、屈服強度、伸長率分別為150MPa、110MPa、5.6％，壓鑄過程充型良好。
實施例2合金成份(重量百分比)7.5％Al，0.8％Zn，0.4％Mn，0.1％Be，1.0％Ca、0.1％Sr，雜質元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其餘為Mg。
按照上述成份配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業純鎂15公斤，同時撒少量覆蓋劑在坩堝底部，合金完全熔化後，先後加入純Al 182克、純Ca 167克、純Zn 133克、Al-5Be合金333克、Al-10Sr合金167克、Al-10Mn合金666克，溶解後充分攪拌合金液，繼續升溫到740℃時用精煉劑精煉10分鐘，撈去表面浮渣，液面沒有出現任何燃燒點，然後保溫靜置20分鐘，用澆勺舀取合金液在400噸冷室壓鑄機上進行壓鑄。本實施例的鎂合金常溫抗拉強度、屈服強度和伸長率分別為163MPa、97MPa、1.8％，在150℃溫度下抗拉強度、屈服強度、伸長率分別為150MPa、115MPa、4.3％，壓鑄過程充型良好。
實施例3合金成份(重量百分比)8.0％Al，0.5％Zn，0.3％Mn，0.15％Be，0.5％Ca、0.1％Sr，雜質元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其餘為Mg。
按照上述成份配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業純鎂15公斤，同時撒少量覆蓋劑在坩堝底部，合金完全熔化後，先後加入純Al 256克、純Ca 83克、純Zn 83克、Al-5Be合金498克、Al-10Sr合金167克、Al-10Mn合金498克，溶解後充分攪拌合金液，繼續升溫到740℃時用精煉劑精煉10分鐘，撈去表面浮渣，液面沒有出現任何燃燒點，然後保溫靜置20分鐘，用澆勺舀取合金液在400噸冷室壓鑄機上進行壓鑄。此例的鎂合金常溫抗拉強度、屈服強度和伸長率分別為165MPa、104MPa、2.1％，150℃抗拉強度、屈服強度、伸長率分別為143MPa、110MPa、4.8％，壓鑄過程充型良好。
權利要求
1.一種耐熱阻燃壓鑄鎂合金，組分包括Al、Zn、Mn，其特徵在於還包括Be、Ca、Sr，成份配方為7.5～9.5％Al，0.3～1.0％Zn，0.05～0.5％Mn，0.01～0.15％Be，0.1～1.5％Ca，0.01～0.5％Sr，雜質元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其餘為Mg。
2.一種耐熱阻燃壓鑄鎂合金的熔煉鑄造工藝，其特徵在於可以直接暴露在大氣中熔煉，工藝過程為將工業純鎂加入到刷過塗料的乾燥的坩堝當中，在爐底撒少許覆蓋劑，鎂完全熔化之後，650℃左右加入阻燃合金和強化元素Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr，待合金元素全部溶解之後攪拌混合均勻，繼續升高溫度至730～760℃，對合金液進行精煉10～20分鐘，然後靜置20分鐘，撈去表面浮渣後進行壓鑄。
3.一種如權利要求2所說的耐熱阻燃壓鑄鎂合金的熔煉鑄造工藝，其特徵在於所說的Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr分別以工業純鋁、工業純鋅、Al-Mn中間合金、Al-Be中間合金、工業純鈣、Al-Sr中間合金的形式加入。
4.一種如權利要求2所說的耐熱阻燃壓鑄鎂合金的熔煉鑄造工藝，其特徵在於所說的壓鑄可以採用手工或者機械手在冷室壓鑄機上壓鑄，也可以在熱室壓鑄機上壓鑄而不需其他阻燃措施。
全文摘要
一種耐熱阻燃壓鑄鎂合金及其熔煉鑄造工藝,通過在鎂溶液中加入Al、Zn、Mn,Be、Ca、Sr等阻燃合金和強化元素,對合金液進行精煉、靜置去浮渣後進行壓鑄,使鎂合金表面生成一種緻密的氧化保護膜,阻止鎂在熔煉過程中的燃燒,可不需要阻燃保護措施而在大氣中直接進行熔煉,直接在冷/熱室壓鑄機上進行壓鑄。本發明產生的鎂合金具有優異的阻燃性、耐熱性和壓鑄性能。
文檔編號B22D21/00GK1266105SQ00115299
公開日2000年9月13日 申請日期2000年3月29日 優先權日2000年3月29日
發明者曾小勤, 丁文江, 王渠東, 盧晨 申請人:上海交通大學