一種Mg-Al-Cd-Zn系增強鎂基合金及其製備方法

2023-05-06 03:43:16

一種Mg-Al-Cd-Zn系增強鎂基合金及其製備方法
【專利摘要】一種Mg-Al-Cd-Zn系增強鎂基合金，其特徵在於，按重量百分比含量含有：Al 3-3.5％，Cd 3-4％，Zn 3-4％，Gd 0.2-0.25％，Si 1-1.5％，Ca 0.7-0.8％，Ba 0.1-0.2％，Li 0.7-0.8％、Sr 0.5-0.6％，La 0.6-0.7％，Pr 0.35-0.4％，Nd 0.4-0.5％，Y 0.5-0.6％，Zr 0.3-0.4％，Sn 1.2-1.3％，Mn 1.3-1.4％，Ni 0.3-0.4％，Ti 0.3-0.35％，Hf0.3-0.35％，Ce 0.1-0.2％、Nb 1-1.2％，氮化矽納米顆粒1-2％，氮化硼納米顆粒1-1.5％，石墨烯1.5-2％，硼酸鎂晶須1-1.5％，餘量為Mg。該合金的抗拉性能、屈服性能以及韌性都得到顯著提升。
【專利說明】-種Mg-AI-Cd-Zn系增強鎂基合金及其製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及鎂基合金材料領域，尤其是一種Mg-AI-Cd-Zn系增強鎂基合金及其制 備方法。

【背景技術】
[0002] 鎂合金是以鎂為原料的高性能輕型結構材料，全球鎂合金的需求年均增長達到 10%左右，西方鎂合金的市場需求增長率達到了 15%以上，未來鎂合金的市場需求將呈現 快速增長的趨勢。鎂合金因其具有低密度、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，限制了其進一步的推廣應用。
[0003] 中國專利CN1360078A涉及一種固溶強化鎂基合金，該合金中加入量Ce和Μη等元 素，提高了鎂基合金的各種性能，但是該合金仍有很大的局限性。
[0004] 中國專利CN 1441074Α涉及一種鎂基合金的製備工藝，其通過球磨法控制原料的 粒徑，使得原料分散均勻，提高了合金的性能，但是僅工藝改進帶來的效果，還不足以使得 鎂基合金性能得到大幅提升。
[0005] 中國專利CN1560299A涉及一種含Mg、Si、Y合金，該合金中加入了 Si、Y並且改進 了熔煉工藝，提高了鎂基合金的抗蠕變性能，但是該合金的強度和拉伸性能較差。
[0006] 因此現有技術中，急需提高鎂基的合金的各項性能，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] 本發明的目的在於解決現有技術中的鎂基合金抗拉伸和屈服強度低等的缺陷，提 供一種性能優良的的Mg-AI-Cd-Zn系增強鎂基合金。
[0008] 為此，本發明採用以下技術方案：
[0009] -種Mg-AI-Cd-Zn系增強鎂基合金，其特徵在於，按重量百分比含量含有： A1 3-3. 5 %, Cd 3-4 %, Zn 3-4 %, Gd 0. 2-0. 25 %, Si 1-1. 5 %, Ca 0. 7-0. 8 %, Ba 0. 1-0. 2%,Li 0. 7-0. 8%,Sr 0. 5-0. 6%,La 0. 6-0. 7%,Pr 0. 35-0. 4%,Nd 0. 4-0. 5%,Y 0. 5-0. 6%, Zr 0. 3-0. 4%, Sn 1. 2-1. 3%, Mn 1. 3-1. 4%, Ni 0. 3-0. 4%, Ti 0. 3-0. 35%, Hf 0.3-0. 35%，Ce 0.1-0. 2%、Nb 1-1. 2%，氮化矽納米顆粒1-2%，氮化硼納米顆粒 1-1. 5%，石墨烯1. 5-2%，硼酸鎂晶須1-1. 5%，餘量為Mg。
[0010] 上述增強鎂基合金優選的組成為：
[0011] 按重量百分比含量含有：A1 3. 3%，Cd 3· 5%，Zn 3. 5%，Gd 0· 23%，Si 1. 2%，Ca 0. 75%, Ba 0. 15%, Li 0. 75%,Sr 0. 55%, La 0. 65%, Pr 0. 37%, Nd 0. 45%, Y 0. 55%, Zr 0. 35%,Sn 1.25%, Mn 1.35%, Ni 0. 35%,Ti 0. 33%,Hf 0. 33%,Ce 0. 15%,Nb 1. 1%,氮化娃納米顆粒1. 5%,氮化硼納米顆粒1. 4%,石墨烯1. 7%,硼酸鎂晶須1. 3%,餘 量為Mg。
[0012] 所述鎂基合金的製備方法如下：
[0013] (1)按照既定重量百分比進行配料：準備對應比例的純Mg、Al、Cd以及Zn錠、其他 合金元素、以及氮化矽納米顆粒、氮化硼納米顆粒、石墨烯、硼酸鎂晶須，備用；
[0014] (2)將氮化矽納米顆粒、氮化硼納米顆粒在600°C進行預熱處理，備用；
[0015] (3)將坩堝預熱至650°C，將純Mg錠置於坩堝內，通入氮氣和SFjg合氣體，待純Mg 錠完全烙化後，加入純Al、Cd、Zn錠以及其他合金元素充分烙化；加入預熱後的氮化娃納米 顆粒和氮化硼納米顆粒，隨後加入石墨烯、硼酸鎂晶須，機械攪拌使其混合均勻，繼續熔煉， 熔煉的同時繼續進行攪拌，熔煉完成後充分靜置；
[0016] (4)精煉：繼續升高溫度至740°C以上，進行精煉；
[0017] (5)澆鑄並冷卻。
[0018] 本發明的製備方法還可以包括現有技術中常見的熱處理。
[0019] 本發明具有以下優點：
[0020] 加入氮化硼納米顆粒、氮化矽納米顆粒、石墨烯以及硼酸鎂晶須，上述物質共同作 用提高了鎂基合金的綜合力學性能。
[0021] 六種稀土元素 Gd、La、Pr、Nd、Y、Ce同時加入，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。
[0022] Nb和Μη的加入，進一步提高了合金的性能。
[0023] Zr、Sn和Ni的加入，進一步優化了合金的組成，提高了其性能。
[0024] 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(rc。

【具體實施方式】
[0025] 實施例1 :
[0026] 製備成分如下所示的鎂基合金，按重量百分比含有如下組分：A1 3%，Cd 3%，Zn 3%,Gd 0.2%,Si l%,Ca 0.7%,Ba 0.1%,Li 0.7%,Sr 0.5%,La 0.6%,Pr 0.35%,Nd 0. 4%,Y 0. 5%,Zr 0. 3%,Sn 1. 2%,Mn 1. 3%,Ni 0. 3%,Ti 0. 3%,Hf 0. 3%,Ce 0. 1%, Nb 1 %，氮化娃納米顆粒1 %，氮化硼納米顆粒1 %，石墨烯1. 5%，硼酸鎂晶須1 %，餘量為 Mg。
[0027] 該鎂基合金的製備方法如下：
[0028] (1)按照既定重量百分比進行配料：準備對應比例的純Mg、Al、Cd以及Zn錠、其他 合金元素、以及氮化矽納米顆粒、氮化硼納米顆粒、石墨烯、硼酸鎂晶須，備用；
[0029] (2)將氮化矽納米顆粒、氮化硼納米顆粒在600°C左右進行預熱處理30min，備用；
[0030] (3)將坩堝預熱至650°C，將純Mg錠置於坩堝內，通入氮氣和SFjg合氣體，待純Mg 錠完全烙化後，加入純Al、Cd、Zn錠以及其他合金元素充分烙化；加入預熱後的氮化娃納米 顆粒和氮化硼納米顆粒，隨後加入石墨烯、硼酸鎂晶須，機械攪拌使其混合均勻，繼續熔煉， 熔煉的同時繼續進行攪拌，熔煉完成後充分靜置；
[0031] (4)精煉：繼續升高溫度至740°C，進行精煉；
[0032] (5)澆鑄並冷卻。
[0033] 在室溫下對上述合金進行性能測定，結果顯示該合金的綜合力學性能較現有技術 有很大提高，其中斷裂韌性為12MPam1/2,抗拉強度是497MPa，屈服強度為409MPa。
[0034] 實施例2 :
[0035] 製備成分如下所示的鎂基合金，按重量百分比含有如下組分：A1 3.5%，Cd 4%， Zn 4%,Gd 0.25%, Si 1.5%, Ca 0. 8%,Ba 0.2%, Li 0.8%, Sr 0.6%, La 0.7%, Pr 0. 4%, Nd 0. 5%, Y 0. 6%, Zr 0. 4%, Sn 1. 3%, Mn 1. 4%, Ni 0. 4%, Ti 0. 35%, Hf 0. 35%, Ce 0. 2%、Nb 1. 2%,氮化娃納米顆粒2%,氮化硼納米顆粒1. 5%,石墨烯2%,硼 酸鎂晶須1.5%，餘量為Mg。
[0036] 所述鎂基合金的製備方法如下：
[0037] (1)按照既定重量百分比進行配料：準備對應比例的純Mg、Al、Cd以及Zn錠、其他 合金元素、以及氮化矽納米顆粒、氮化硼納米顆粒、石墨烯、硼酸鎂晶須，備用；
[0038] (2)將氮化矽納米顆粒、氮化硼納米顆粒在600°C左右進行預熱處理lh，備用；
[0039] (3)將坩堝預熱至650°C，將純Mg錠置於坩堝內，通入氮氣和SFjg合氣體，待純Mg 錠完全烙化後，加入純Al、Cd、Zn錠以及其他合金元素充分烙化；加入預熱後的氮化娃納米 顆粒和氮化硼納米顆粒，隨後加入石墨烯、硼酸鎂晶須，機械攪拌使其混合均勻，繼續熔煉， 熔煉的同時繼續進行攪拌，熔煉完成後充分靜置；
[0040] (4)精煉：繼續升高溫度至760°C，進行精煉；
[0041] (5)澆鑄並冷卻。
[0042] 在室溫下對上述合金進行性能測定，結果顯示該合金的綜合力學性能較現有技術 有很大提高，其中斷裂韌性為13. 5MPam1/2,抗拉強度是523MPa，屈服強度為420MPa。
[0043] 實施例3 :
[0044] 一種增強鎂基合金，其特徵在於，按重量百分比含量含有：A1 33%，Cd 3. 5, Zn 3. 5%,Gd 0. 23%, Si 1. 2%, Ca 0. 75%, Ba 0. 15%, Li 0. 75%,Sr 0. 55%, La 0. 65%,Pr 0. 37%,Nd 0. 45%,Y 0. 55%,Zr 0. 35%,Sn 1.25%,Mn 1.35%,Ni 0. 35%,Ti 0.33%, Hf 0.33%, Ce 0.15%、Nb 1.1%,氮化娃納米顆粒1.5%,氮化硼納米顆粒1.4%,石墨烯 1.7%，硼酸鎂晶須1.3%，餘量為Mg。
[0045] 所述鎂基合金的製備方法如下：
[0046] (1)按照既定重量百分比進行配料：準備對應比例的純Mg、Al、Cd以及Zn錠、其他 合金元素、以及氮化矽納米顆粒、氮化硼納米顆粒、石墨烯、硼酸鎂晶須，備用；
[0047] (2)將氮化矽納米顆粒、氮化硼納米顆粒在600°C左右進行預熱處理40min，備用；
[0048] (3)將坩堝預熱至650°C，將純Mg錠置於坩堝內，通入氮氣和SFjg合氣體，待純Mg 錠完全烙化後，加入純Al、Cd、Zn錠以及其他合金元素充分烙化；加入預熱後的氮化娃納米 顆粒和氮化硼納米顆粒，隨後加入石墨烯、硼酸鎂晶須，機械攪拌使其混合均勻，繼續熔煉， 熔煉的同時繼續進行攪拌，熔煉完成後充分靜置；
[0049] (4)精煉：繼續升高溫度至750°C，進行精煉；
[0050] (5)澆鑄並冷卻。
[0051] 在室溫下對上述合金進行性能測定，結果顯示該合金的綜合力學性能較現有技術 有很大提高，其中斷裂韌性為14. lMPam1/2,抗拉強度是549MPa，屈服強度為446MPa。
[0052] 表1 :實施例1-3合金的力學性能
[0053]

【權利要求】
1. 一種Mg-Al-Cd-Zn系增強鎂基合金，其特徵在於，按重量百分比計含有：A1 3-3. 5%,Cd 3-4%, Zn 3-4%, Gd 0. 2-0. 25%, Si 1-1. 5%,Ca 0. 7-0. 8%,Ba 0. l-〇. 2%, Li 0.7-0.8 %、Sr 0.5-0.6 %，La 0.6-0.7 %，Pr 0.35-0.4 %，Nd 0.4-0.5 %，Y 0.5-0. 6%, Zr 0.3-0. 4%, Sn 1.2-1. 3%, Mn 1.3-1. 4%, Ni 0.3-0. 4%, Ti 0.3-0.35%, Hf 0.3-0. 35%，Ce 0.1-0. 2 %、Nb 1-1. 2%，氮化矽納米顆粒1-2%，氮化硼納米顆粒 1-1. 5%，石墨烯1. 5-2%，硼酸鎂晶須1-1. 5%，餘量為Mg。
2. 如權利要求1所述的Mg-Al-Cd-Zn系增強鎂基合金，其特徵在於，按重量百分比計 含有：A1 3. 3%，Cd 3. 5%，Zn 3. 5%，Gd 0· 23%，Si 1. 2%，Ca 0· 75%，Ba 0· 15%，Li 0.75%,Sr 0.55%, La 0. 65%,Pr 0. 37%,Nd 0. 45%,Y 0. 55%,Zr 0. 35%,Sn 1.25%, Mn 1.35%，Ni 0.35%，Ti 0.33%，Hf 0.33%，Ce 0.15%、Nb 1.1%，氮化矽納米顆粒 1.5%，氮化硼納米顆粒1.4%，石墨烯1.7%，硼酸鎂晶須1.3%，餘量為Mg。
3. 製備權利要求1所述Mg-Al-Cd-Zn系增強鎂基合金的方法，其包含如下步驟： (1) 按照既定重量百分比進行配料：準備對應比例的純Mg、Al、Cd以及Zn錠、其他合金 元素、以及氮化矽納米顆粒、氮化硼納米顆粒、石墨烯、硼酸鎂晶須，備用； (2) 將氮化矽納米顆粒、氮化硼納米顆粒在600°C左右進行預熱處理，備用； (3) 將坩堝預熱至650°C，將純Mg錠置於坩堝內，通入氮氣和SF6混合氣體，待純Mg錠 完全熔化後，加入純Al、Cd、Zn錠以及其他合金元素充分熔化；加入預熱後的氮化矽納米顆 粒和氮化硼納米顆粒，隨後加入石墨烯、硼酸鎂晶須，機械攪拌使其混合均勻，繼續熔煉，熔 煉的同時繼續進行攪拌，熔煉完成後充分靜置； (4) 精煉：繼續升高溫度至740°C以上，進行精煉； (5) 澆鑄並冷卻。
4. 如權利要求3所述的製備方法，其中步驟（2)中預熱處理的時間為30min-lh。
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】C22C49/14GK104233123SQ201410427959
【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