一种阻燃耐热镁合金及制备方法技术

本发明专利技术提供一种同时提高镁合金的阻燃性能和高温力学性能的阻燃耐热镁合金及制备方法，各组分及其重量百分数为：Al为5～9%，Zn为0.3~1.4%，Sm为0.1～0.6%，Nd为0.1～0.8%，Y为0.2～1.5%，Ca为0.3～1.7%，Sr为0.4～2.3%，余量为Mg；本发明专利技术通过添加适量的稀土元素Sm，Nd，Y改善镁合金组织，提高合金的阻燃新能和耐热性能，本发明专利技术中稀土元素的添加总量为1～2%；研究表明，少量碱土元素Ca和Sr能够明显提高镁合金的阻燃性能，且在合金显微组织中生成高熔点强化相，改善镁合金显微组织，提高镁合金的高温力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃耐热镁合金及制备方法
本专利技术属于金属材料及冶金
，具体的说是一种阻燃耐热镁合金及制备方法。
技术介绍
镁合金作为工程应用中最轻的金属结构材料，具有低的密度、高的比强度和比刚度、优异的阻尼减震性能以及良好的散热性，易于回收利用，具有环保特性，有着非常广泛的应用前景，受到航空航天、电子通讯以及汽车工业等行业的青睐，成为最具有潜力的金属结构材料之一。AZ系镁合金具有良好的铸造工艺性能，较高的室温力学性能，较小的热裂倾向，成本较低，易于成型，成为应用最广泛的镁合金，如AZ31，AZ91，AZ80及AM50等。由于镁合金的化学性质非常活泼，极易与空气中的氧气发生化学反应，产生剧烈燃烧，镁合金的这种易于氧化燃烧的特点给合金的生产、加工和处理带来了非常大的困难，阻碍了镁合金的广泛应用，获得理想的阻燃镁合金一直是镁合金研究领域的一个重要课题。国内外对镁合金的阻燃问题给予了广泛的关注和高度重视。目前，工业上普遍采用熔剂覆盖和气体保护法来解决镁合金熔炼过程中的燃烧问题，但是现有阻燃方法存在环境污染以及降低合金性能的问题。国内外对阻燃镁合金进行了很多研究，相关文献已经报道了通过Ca、Be、Re等元素合金化制备的阻燃镁合金，取得了不少研究成果。中国专利ZL99113861.9“铸造阻燃镁合金及其熔炼和铸造工艺”中提出了一种含Al、Sr、Be和稀土元素的阻燃镁合金，其燃点温度可以达到740℃，但其力学性能较差，抗拉强度仅有160MPa，延伸率只有2%，其强度和延伸率显然不能满足现在工业使用。如何同时提高镁合金的阻燃性能和高温力学性能成为重要的研究课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种同时提高镁合金的阻燃性能和高温力学性能的阻燃耐热镁合金及制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种阻燃耐热镁合金，各组分及其重量百分数为：Al为5～9%，Zn为0.3~1.4%，Sm为0.1～0.6%，Nd为0.1～0.8%，Y为0.2～1.5%，Ca为0.3～1.7%，Sr为0.4～2.3%，余量为Mg；所述的Sm、Nd和Y的质量百分比之和为1%～2%；Al为5.3%，Zn为1.2%，Sm为0.1%，Nd为0.3%，Y为1.2%，Ca为1.4%，Sr为1.1%，余量为Mg；Al为7.9%，Zn为1.1%，Sm为0.2%，Nd为0.7%，Y为0.6%，Ca为1.0%，Sr为1.5%，余量为Mg；Al为8.6%，Zn为0.5%，Sm为0.3%，Nd为0.1%，Y为1.5%，Ca为1.7%，Sr为0.6%，余量为Mg；一种如上所述的耐热镁合金的制备方法，包括以下步骤：1）按照上述重量百分数称取纯镁、纯铝、纯锌和中间合金Mg-Nd、Mg-Y、Mg-Sm、Mg-Sr、Mg-Ca，并分别于200℃条件下预热2小时；2）将预热后的纯镁、纯铝、纯锌在CO2+SF6混合气体保护下熔化，加热至720℃时添加Mg-Sm中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Sr中间合金及Mg-Ca中间合金，保温10min，待到合金全部熔化后去除表面浮渣，将温度升至740℃后停止升温，然后搅拌均匀，再降至700℃，静置5min，然后将合金液浇注至预热280℃的金属型模具中，得到铸态合金；3）将铸态合金进行热处理，所述热处理是对所得的铸态合金依次进行固溶处理和时效处理，固溶处理温度为430℃，处理时间为15小时，然后用85℃的水淬火至室温；时效处理温度为230℃，处理时间为17小时，然后在空气中冷却至室温，其中固溶处理在氧化镁粉末覆盖下进行。本专利技术的有益效果：本专利技术利用多组元（稀土元素和碱土元素）微合金化的方法将提高镁合金的阻燃性能和耐热性能有效结合起来，通过复合合金化后镁合金性能得到明显改善，燃点得到显著提高，高温力学性能同样得到明显提升；本专利技术合金的Zn的量为0.3~1.4%，Zn在镁合金中具有较强的固溶强化和时效强化作用，同时Zn的添加能够提高合金的塑性；本专利技术通过添加适量的稀土元素Sm，Nd，Y改善镁合金组织，提高合金的阻燃新能和耐热性能，本专利技术中稀土元素的添加总量为1～2%；研究表明，少量碱土元素Ca和Sr能够明显提高镁合金的阻燃性能，且在合金显微组织中生成高熔点强化相，改善镁合金显微组织，提高镁合金的高温力学性能；本专利技术提供的镁合金成本较低，熔炼及热处理工艺简单。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步的阐述。实施例1一种阻燃耐热镁合金，各组分及其重量百分数为：Al为5.3%，Zn为1.2%，Sm为0.1%，Nd为0.3%，Y为1.2%，Ca为1.4%，Sr为1.1%，余量为Mg；一种如上所述的耐热镁合金的制备方法，包括以下步骤：1）按照上述重量百分数称取纯镁、纯铝、纯锌和中间合金Mg-Nd、Mg-Y、Mg-Sm、Mg-Sr、Mg-Ca，并分别于200℃条件下预热2小时；2）将预热后的纯镁、纯铝、纯锌在CO2+SF6混合气体保护下熔化，加热至720℃时添加Mg-Sm中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Y中间合金、Mg-Sr中间合金及Mg-Ca中间合金，保温10min，待到合金全部熔化后去除表面浮渣，将温度升至740℃后停止升温，然后搅拌均匀，再降至700℃，静置5min，然后将合金液浇注至预热280℃的金属型模具中，得到铸态合金；3）将铸态合金进行热处理，所述热处理是对所得的铸态合金依次进行固溶处理和时效处理，固溶处理温度为430℃，处理时间为15小时，然后用85℃的水淬火至室温；时效处理温度为230℃，处理时间为17小时，然后在空气中冷却至室温，其中固溶处理在氧化镁粉末覆盖下进行。实施例2一种阻燃耐热镁合金，各组分及其重量百分数为：Al为6.7%，Zn为0.9%，Sm为0.4%，Nd为0.5%，Y为0.8%，Ca为0.8%，Sr为2.0%，余量为Mg；本实施例制备方法同实施例1。实施例3一种阻燃耐热镁合金，各组分及其重量百分数为：Al为7.1%，Zn为0.7%，Sm为0.5%，Nd为0.8%，Y为0.3%，Ca为0.4%，Sr为2.3%，余量为Mg；本实施例制备方法同实施例1。实施例4一种阻燃耐热镁合金，各组分及其重量百分数为：Al为7.9%，Zn为1.1%，Sm为0.2%，Nd为0.7%，Y为0.6%，Ca为1.0%，Sr为1.5%，余量为Mg；本实施例制备方法同实施例1。实施例5一种阻燃耐热镁合金，各组分及其重量百分数为：Al为8.6%，Zn为0.5%，Sm为0.3%，Nd为0.1%，Y为1.5%，Ca为1.7%，Sr为0.6%，余量为Mg；本实施例制备方法同实施例1。实施例1-5所得到合金的室温和200℃的力学性能及燃点测试结果列于表1，从表中可以看出，本专利技术所制备的稀土镁合金在室温~200℃范围内具有高的抗拉强度和屈服强度，燃点测试结果表明该合金具有优异的阻燃性能。表1本专利技术合金的高温力学性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃耐热镁合金，其特征在于，各组分及其重量百分数为：Al为5～9%，Zn为0.3~1.4%，Sm为0.1～0.6%，Nd为0.1～0.8%，Y为0.2～1.5%，Ca为0.3～1.7%，Sr为0.4～2.3%，余量为Mg。

【技术特征摘要】
1.一种阻燃耐热镁合金，其特征在于，各组分及其重量百分数为：Al为5.3～9%，Zn为1.2~1.4%，Sm为0.1～0.6%，Nd为0.3～0.8%，Y为1.2～1.5%，Ca为1.4～1.7%，Sr为1.1～2.3%，余量为Mg，所述的Sm、Nd和Y的质量百分比之和为1%～2%。2.一种如权利要求1所述的耐热镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）按照上述重量百分数称取纯镁、纯铝、纯锌和中间合金Mg-Nd、Mg-Y、Mg-Sm、Mg-Sr、Mg-Ca，并分别于200℃条件下预热2小时；2）将预热后的纯镁、纯铝、纯锌在CO2+SF6混合气体保护下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈君，张清，李全安，李梅菊，朱宏喜，周耀，严景龙，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41