一種高強高韌鎂基合金及其製備方法

2023-06-28 22:29:56 2

一種高強高韌鎂基合金及其製備方法
【專利摘要】一種高強高韌鎂基合金，其特徵在於，按重量百分比含有如下組分：Zn 4.5-5.5％，Sn0.7-0.8％，Gd 0.28-0.30％，Ti 1-1.5％，Al 0.5-1％，Ca 0.7-0.8％，Sr 0.9-1.1％、La 0.3-0.4％，Sm 0.4-0.45％，Nd 0.45-0.55％，Y 0.4-0.45％，Zr 0.4-0.5％，Mn 1-1.1％，Cu 0.3-0.4％，Ce 0.3-0.35％，Nb 1-1.2％，氮化硼納米管顆粒4-6％石墨烯5-6％，碳化鎢晶須3-4％，剩餘組分為Mg。這種合金的強度、韌性、耐熱性能以及拉伸性能較現有技術均有較大幅度提高。
【專利說明】一種高強高韌鎂基合金及其製備方法

【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及合金材料領域，尤其是一種高強高靭鎂基合金及其製備方法。

【背景技術】
[0002] 由於鎂合金材料的獨特性能，特別是它的高回收率，既有效利用了資源，又減少了 環境汙染，國際上各大公司紛紛著手鎂合金的研究。雖然鎂基合金具有低密度、散熱好、比 剛度高、比彈性量大，易回收利用等特點，在機械、電子航天航空燈領域被廣泛應用，但是鎂 合金拉伸傾點和屈服強度低，抗蠕變性能差，仍是限制其應用的因素。
[0003] 中國專利CN102719716A涉及一種耐熱鎂基合金，該合金中加入量La和Ce,提高了 鎂基合金的耐熱性能，但是該合金仍難滿足更高場合對鎂基合金的要求。
[0004] 中國專利CN 103849798A涉及一種高強度鎂基合金及其製備方法，該合金中加入 了鈣、銫等元素，並且改進了熔煉方法，提高了合金的各種性能，該合金的應用場合仍受到 較大局限。
[0005] 中國專利CN102230118A涉及一種含Sn細晶鎂鋅錫合金，該合金中加入了錫，提高 了鎂基合金的強度和塑性，後續加工性能好，但是該合金的強度和拉伸性能較差。
[0006] 因此急需提高鎂基合金的各項性能，從而拓寬其應用領域，尤其是對鎂基合金要 求較高的領域。


【發明內容】

[0007] 本發明要解決的技術問題是提高鎂基合金的各項性能，包括強度、耐熱性能、籾性 以及拉伸性能，以使其能適應更多的應用領域。 '
[0008] 為了解決該技術問題，本發明採用以下技術方案：
[0009] -種高強高軔鎂基合金，其特徵在於，按重量百分比含有如下組分：Zn 4. 5-5. 5 %, SnO. 7-0. 8 % , Gd 0. 28-0. 30 %, Ti 1-1.5%, A1 0. 5-l%,Ca 0. 7-〇. 8 % , Sr 0. 9-1. 1 La 0. 3-0. 4 %, Sm 0. 4-0. 45 %, Nd 0. 45-0. 55 %, Y 0. 4-〇. 45 %, Zr 0.4-0. 5%，Mn 卜 1.1%，Cu 0.3-0· 4%，Ce 0.3-0.35%，Nb 卜 1· 2%，氮化硼納米管顆粒 4-6%石墨烯5-6%，碳化鎢晶須3-4%，剩餘組分為Mg。
[0010]為了獲得更好的性能，本發明在上述合金的基礎上進一步優化，高強高韌鏟基八 金優選的組成為： 尺〇
[0011]按重量百分比含有如下組分：Zn 5%，Sn 〇.76%，Gd 〇.29%，Ti 0. 8%,Ca 0.75%, Sr 1.0%, La 0.35%, Sm 0. 42%,Nd 0. 5%, Y 0. 43%,Zr 0. 45%,Mn 1.06%，CU 0.35%，Ce 〇.33%，Nb 1.15%，氮化硼納米管顆粒5%石墨烯5.5%，碳僕°鏈晶 須3. 5%，剩餘組分為Mg。
[0012]本發明所述的高強高靭鎂基合金通過以下步驟製備： _3] 一⑴按照限定的重量百分比進行配料：準備對應含量的純Mg鍵、純Zn鍵，以及其 他合金元素、氮化硼納米管顆粒、石墨烯顆粒、碳化鎢晶須； ， 、
[0014] (2)在惰性氣體（如氮氣、氬氣或氦氣）的保護下將純Mg徒、Zn錠熔化，按產品組 成加入其它合金元素，待充分熔化後，再加入碳化鎢晶須、氮化硼納米管顆粒以及石墨烯， 進一步熔煉,熔煉的同時進行攪拌，熔煉完成後充分靜置；
[0015] (3)繼續升高溫度至750°c以上，進行精煉；
[0016] (4)將合金液注入經預熱的模具中，自然冷卻獲得高強高韌鎂基合金。
[0017] 本發明的製備方法還可以包括現有技術中常見的熱處理。
[0018] 本發明具有以下優點：
[0019] 加入氮化硼納米管顆粒、石墨烯和碳化鎢晶須，上述三種物質共同作用提高了鎂 基合金的各種力學性能。
[0020] 六種稀土元素 Gd、La、Sm、Nd、Y、Ce按照特定比例的加入，改變了合金的微觀組織 結構，提高了鎂基合金的耐熱性能，並且提高了其鑄造性能。
[0021] Mn、Cu、Nb等元素的加入，優化了合金的組成，提高了其力學性能。
[0022] 優化了各種成分的比例，進一步提高了鎂基合金的各種性能。優選，所述繼續升高 溫度至 800、900、1000、1100、120(TC。

【具體實施方式】 [0023] 實施例1 :
[0024] 製備成分如下所示的高強高軔鎂基合金。按重量百分比含有如下組分：Zn 4. 5%， Sn 0.7%, Gd 0.28%, Ti 1%, A1 0.5%, Ca 0.7%, Sr 0.9%, La 0.3%, Sm 0.4%, Nd 0·45%,Υ 0·4%，Ζι· 0.4%，Mn l%，Cu 0_3%，Ce 0.3%，Nb 1%，氮化硼納米管顆粒 4% 石墨烯5%，碳化鎢晶須3%，剩餘組分為Mg。該合金通過以下步驟製備獲得：
[0025] (1)按照上述的重量百分比進行配料：準備對應含量的純Mg錠、純Zn錠，以及其 他合金元素、氮化硼納米管顆粒、石墨烯顆粒、碳化鎢晶須；
[0026] (2)將純Mg錠、Zn錠置於坩堝中，在氮氣的保護下熔化後，按產品組成比例加入其 它合金元素，待充分熔化後，再加入碳化鎢晶須、氮化硼納米管顆粒以及石墨烯，進一步熔 煉，熔煉的同時進行攪拌，熔煉完成後充分靜置；
[0027] (3)繼續升高溫度至730?以上，進行精煉；
[0028] (4)將合金液注入經預熱的模具中，自然冷卻獲得高強高韌鎂基合金。
[0029]對該合金的性能進行測試，室溫下抗拉強度為518MPa，屈服強度為410Mpa，斷裂 韌性為 11. 5MPam1/2。
[0030] 實施例2 :
[0031]製備另外一種構成比例的高強高靭鎂基合金。按重量百分比含有如下組分： Zn 5. 5%，Sn 0· 8%，Gd 0. 30%，Ti 1. 5%，A1 1%，Ca 0. 8%，Sr 1. 1%、La 0. 4%，Sm 0· 45%, Nd 0· 55%，Y〇_ 45%，Zr 0_ 5%，Mn 1. 1%，Cu 0. 4%，Ce 0. 35%，Nb 1. 2%，氮化 硼納米管顆粒6%石墨烯6%，碳化鎢晶須4%，剩餘組分為Mg。
[0032] 上述鎂基合金的製備方法如下：
[0033] 一（1)按照上述的重量百分比進行配料：準備對應含量的純Mg澱、純Zn澱，以及其 他合金元素、氮化硼納米管顆粒、石墨烯顆粒、碳化鎢晶須；
[0034] (2)將純Mg錠、Zn錠置於坩堝中，在氮氣的保護下熔化後，按產品組成比例加入其 匕合金元素，待充分熔化後，再加入碳化鎢晶須、氮化硼納米管顆粒以及石墨烯，進一步熔 煉，熔煉的同時進行攪拌，熔煉完成後充分靜置；
[0035] (3)繼續升高溫度至75(rc以上，進行精煉；
[0036] (4)將合金液注入經預熱的模具中，自然冷卻獲得高強高韌鎂基合金。
[0037]對該合金的性能進行測試，室溫下抗拉強度為529MPa，屈服強度為428Mpa,斷裂 鈿性為 12. 5MPam1/2。
[0038] 實施例3 :
[0039]對本發明所述增強鎂基合金的各組分的比例進行調試，選擇綜合性能最佳的合 金組分。具體地，本發明優選的效果最佳的增強鎂基合金，按重量百分比含有如下組分： Zn 5%, SnO. 76%, Gd 0. 29% , Ti 1. 4%, A1 0. 8% , Ca 0. 75%, Sr 1. 0%, La 0. 35%, Sm 0. 42%, Nd 0. 5%, Y 0. 43%, Zr 0. 45%, Mn 1. 06%, Cu 0. 35%, Ce 0. 33%, Nb 1. 15%, 氮化硼納米管顆粒5%石墨稀5. 5%，碳化鴨晶須3. 5%,剩餘組分為Mg。
[0040]該鎂基合金的製備方法如下：
[0041] - (1)按照上述的重量百分比進行配料：準備對應含量的純Mg錠、純Zn錠，以及其 他合金元素、氮化硼納米管顆粒、石墨烯顆粒、碳化鎢晶須； J〇〇42] -(2)將純Mg錠、Zn錠置於坩堝中，在氮氣的保護下熔化後，按產品組成比例加入其 它合金元素，待充分熔化後，再加入碳化鎢晶須、氮化硼納米管顆粒以及石墨烯，進一步熔 煉，熔煉的同時進行攪拌，熔煉完成後充分靜置；
[0043] (3)繼續升高溫度至740°C以上，進行精煉；
[0044] (4)將合金液注入經預熱的模具中，自然冷卻獲得高強高韌鎂基合金。
[0045]對該合金的性能進行測試，室溫下抗拉強度為557MPa，屈服強度為449Mpa，斷裂 初性為 13. 7MPam1/2。
[0046] 實施例1-3的效果對比如下表所示：
[0047] 表丨：實施例丨-3合金的力學性能
[0048]

【權利要求】
1. 一種高強高韌鎂基合金，其特徵在於，按重量百分比含有如下組分：Zn 4. 5-5. 5%， Sn 0. 7-0. 8%, Gd 0. 28-0. 30%, Ti 1-1. 5%, A1 0. 5-1%, Ca 0. 7-0. 8%, Sr 0. 9-1. 1%, La 0. 3-0. 4 %, Sm 0. 4-0. 45 %, Nd 0. 45-0. 55 %, Y 0. 4-0. 45 %, Zr 0. 4-0. 5 %, Mn 1-1. l%，Cu 0.3-0. 4%，Ce 0.3-0. 35%，Nb 1-1. 2%，氮化硼納米管顆粒 4-6%石墨烯 5-6%，碳化鎢晶須3-4%，剩餘組分為Mg。
2. 如權利要求1所述的鎂基合金，其特徵在於，按重量百分比含有如下組分：Zn 5%， Sn 0.76%，Gd 0.29%，Ti 1·4%，Α1 0.8%，Ca 0.75%，Sr 1.0%、La 0.35%，Sm 0.42%， Nd 0· 5%，Y 0· 43%，Zr 0· 45%，Μη 1. 06%，Cu 0· 35%，Ce 0· 33%，Nb 1. 15%，氮化硼納 米管顆粒5%石墨烯5. 5%，碳化鎢晶須3. 5%，剩餘組分為Mg。
3. 製備權利要求1所述的高強高韌鎂基合金的方法，包括如下步驟： (1) 按照權利要求1所述的重量百分比進行配料：準備對應含量的純Mg錠、純Zn錠， 以及其他合金元素、氮化硼納米管顆粒、石墨烯顆粒、碳化鎢晶須； (2) 將純Mg錠、Zn錠置於坩堝中，在惰性氣體的保護下熔化後，按產品組成比例加入其 它合金元素，待充分熔化後，再加入碳化鎢晶須、氮化硼納米管顆粒以及石墨烯，進一步熔 煉，熔煉的同時進行攪拌，熔煉完成後充分靜置。 (3) 繼續升高溫度至750°C以上，進行精煉； (4) 將合金液注入經預熱的模具中，自然冷卻獲得高強高韌鎂基合金。
4. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於：步驟（2)所述的惰性氣體選自氮氣、氬氣或 氦氣。
5. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於：所述繼續升高溫度至800°C。
6. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於：所述繼續升高溫度至900°C。
7. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於：所述繼續升高溫度至KKKTC。
8. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於：所述繼續升高溫度至1KKTC。
9. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於：所述繼續升高溫度至1200°C。
【文檔編號】C22C1/06GK104233033SQ201410428141
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】郭健, 郭小芳, 郭乃林 申請人:鹽城市鑫洋電熱材料有限公司