一种Mg-Al-Cd-Zn系增强镁基合金及其制备方法
【专利摘要】一种Mg-Al-Cd-Zn系增强镁基合金，其特征在于，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％，氮化硅纳米颗粒1-2％，氮化硼纳米颗粒1-1.5％，石墨烯1.5-2％，硼酸镁晶须1-1.5％，余量为Mg。该合金的抗拉性能、屈服性能以及韧性都得到显著提升。
【专利说明】-种Mg-AI-Cd-Zn系增强镁基合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及镁基合金材料领域，尤其是一种Mg-AI-Cd-Zn系增强镁基合金及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 镁合金是以镁为原料的高性能轻型结构材料，全球镁合金的需求年均增长达到 10%左右，西方镁合金的市场需求增长率达到了 15%以上，未来镁合金的市场需求将呈现 快速增长的趋势。镁合金因其具有低密度、散热好、比刚度高、比弹性量大，易回收利用等特 点，在机械、电子航天航空灯领域被广泛应用，但是镁合金拉伸倾点和屈服强度低，抗蠕变 性能差，限制了其进一步的推广应用。
[0003] 中国专利CN1360078A涉及一种固溶强化镁基合金，该合金中加入量Ce和Μη等元 素，提高了镁基合金的各种性能，但是该合金仍有很大的局限性。
[0004] 中国专利CN 1441074Α涉及一种镁基合金的制备工艺，其通过球磨法控制原料的 粒径，使得原料分散均匀，提高了合金的性能，但是仅工艺改进带来的效果，还不足以使得 镁基合金性能得到大幅提升。
[0005] 中国专利CN1560299A涉及一种含Mg、Si、Y合金，该合金中加入了 Si、Y并且改进 了熔炼工艺，提高了镁基合金的抗蠕变性能，但是该合金的强度和拉伸性能较差。
[0006] 因此现有技术中，急需提高镁基的合金的各项性能，从而拓宽其应用领域，尤其是 对镁基合金要求较高的领域。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于解决现有技术中的镁基合金抗拉伸和屈服强度低等的缺陷，提 供一种性能优良的的Mg-AI-Cd-Zn系增强镁基合金。
[0008] 为此，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种Mg-AI-Cd-Zn系增强镁基合金，其特征在于，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%，氮化硅纳米颗粒1-2%，氮化硼纳米颗粒 1-1. 5%，石墨烯1. 5-2%，硼酸镁晶须1-1. 5%，余量为Mg。
[0010] 上述增强镁基合金优选的组成为：
[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%,氮化娃纳米颗粒1. 5%,氮化硼纳米颗粒1. 4%,石墨烯1. 7%,硼酸镁晶须1. 3%,余 量为Mg。
[0012] 所述镁基合金的制备方法如下：
[0013] (1)按照既定重量百分比进行配料：准备对应比例的纯Mg、Al、Cd以及Zn锭、其他 合金元素、以及氮化硅纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒、石墨烯、硼酸镁晶须，备用；
[0014] (2)将氮化硅纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒在600°C进行预热处理，备用；
[0015] (3)将坩埚预热至650°C，将纯Mg锭置于坩埚内，通入氮气和SFjg合气体，待纯Mg 锭完全烙化后，加入纯Al、Cd、Zn锭以及其他合金元素充分烙化；加入预热后的氮化娃纳米 颗粒和氮化硼纳米颗粒，随后加入石墨烯、硼酸镁晶须，机械搅拌使其混合均匀，继续熔炼， 熔炼的同时继续进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
[0016] (4)精炼：继续升高温度至740°C以上，进行精炼；
[0017] (5)浇铸并冷却。
[0018] 本发明的制备方法还可以包括现有技术中常见的热处理。
[0019] 本发明具有以下优点：
[0020] 加入氮化硼纳米颗粒、氮化硅纳米颗粒、石墨烯以及硼酸镁晶须，上述物质共同作 用提高了镁基合金的综合力学性能。
[0021] 六种稀土元素 Gd、La、Pr、Nd、Y、Ce同时加入，改变了合金的微观组织结构，提高了 镁基合金的耐热性能，并且提高了其铸造性能。
[0022] Nb和Μη的加入，进一步提高了合金的性能。
[0023] Zr、Sn和Ni的加入，进一步优化了合金的组成，提高了其性能。
[0024] 优化了各种成分的比例，进一步提高了镁基合金的各种性能。优选，所述继续升高 温度至 800、900、1000、1100、120(rc。
【具体实施方式】
[0025] 实施例1 :
[0026] 制备成分如下所示的镁基合金，按重量百分比含有如下组分：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 %，氮化娃纳米颗粒1 %，氮化硼纳米颗粒1 %，石墨烯1. 5%，硼酸镁晶须1 %，余量为 Mg。
[0027] 该镁基合金的制备方法如下：
[0028] (1)按照既定重量百分比进行配料：准备对应比例的纯Mg、Al、Cd以及Zn锭、其他 合金元素、以及氮化硅纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒、石墨烯、硼酸镁晶须，备用；
[0029] (2)将氮化硅纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒在600°C左右进行预热处理30min，备用；
[0030] (3)将坩埚预热至650°C，将纯Mg锭置于坩埚内，通入氮气和SFjg合气体，待纯Mg 锭完全烙化后，加入纯Al、Cd、Zn锭以及其他合金元素充分烙化；加入预热后的氮化娃纳米 颗粒和氮化硼纳米颗粒，随后加入石墨烯、硼酸镁晶须，机械搅拌使其混合均匀，继续熔炼， 熔炼的同时继续进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
[0031] (4)精炼：继续升高温度至740°C，进行精炼；
[0032] (5)浇铸并冷却。
[0033] 在室温下对上述合金进行性能测定，结果显示该合金的综合力学性能较现有技术 有很大提高，其中断裂韧性为12MPam1/2,抗拉强度是497MPa，屈服强度为409MPa。
[0034] 实施例2 :
[0035] 制备成分如下所示的镁基合金，按重量百分比含有如下组分：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%,氮化娃纳米颗粒2%,氮化硼纳米颗粒1. 5%,石墨烯2%,硼 酸镁晶须1.5%，余量为Mg。
[0036] 所述镁基合金的制备方法如下：
[0037] (1)按照既定重量百分比进行配料：准备对应比例的纯Mg、Al、Cd以及Zn锭、其他 合金元素、以及氮化硅纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒、石墨烯、硼酸镁晶须，备用；
[0038] (2)将氮化硅纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒在600°C左右进行预热处理lh，备用；
[0039] (3)将坩埚预热至650°C，将纯Mg锭置于坩埚内，通入氮气和SFjg合气体，待纯Mg 锭完全烙化后，加入纯Al、Cd、Zn锭以及其他合金元素充分烙化；加入预热后的氮化娃纳米 颗粒和氮化硼纳米颗粒，随后加入石墨烯、硼酸镁晶须，机械搅拌使其混合均匀，继续熔炼， 熔炼的同时继续进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
[0040] (4)精炼：继续升高温度至760°C，进行精炼；
[0041] (5)浇铸并冷却。
[0042] 在室温下对上述合金进行性能测定，结果显示该合金的综合力学性能较现有技术 有很大提高，其中断裂韧性为13. 5MPam1/2,抗拉强度是523MPa，屈服强度为420MPa。
[0043] 实施例3 :
[0044] 一种增强镁基合金，其特征在于，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%,氮化娃纳米颗粒1.5%,氮化硼纳米颗粒1.4%,石墨烯 1.7%，硼酸镁晶须1.3%，余量为Mg。
[0045] 所述镁基合金的制备方法如下：
[0046] (1)按照既定重量百分比进行配料：准备对应比例的纯Mg、Al、Cd以及Zn锭、其他 合金元素、以及氮化硅纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒、石墨烯、硼酸镁晶须，备用；
[0047] (2)将氮化硅纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒在600°C左右进行预热处理40min，备用；
[0048] (3)将坩埚预热至650°C，将纯Mg锭置于坩埚内，通入氮气和SFjg合气体，待纯Mg 锭完全烙化后，加入纯Al、Cd、Zn锭以及其他合金元素充分烙化；加入预热后的氮化娃纳米 颗粒和氮化硼纳米颗粒，随后加入石墨烯、硼酸镁晶须，机械搅拌使其混合均匀，继续熔炼， 熔炼的同时继续进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
[0049] (4)精炼：继续升高温度至750°C，进行精炼；
[0050] (5)浇铸并冷却。
[0051] 在室温下对上述合金进行性能测定，结果显示该合金的综合力学性能较现有技术 有很大提高，其中断裂韧性为14. lMPam1/2,抗拉强度是549MPa，屈服强度为446MPa。
[0052] 表1 :实施例1-3合金的力学性能
[0053]
【权利要求】
1. 一种Mg-Al-Cd-Zn系增强镁基合金，其特征在于，按重量百分比计含有：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%，氮化硅纳米颗粒1-2%，氮化硼纳米颗粒 1-1. 5%，石墨烯1. 5-2%，硼酸镁晶须1-1. 5%，余量为Mg。
2. 如权利要求1所述的Mg-Al-Cd-Zn系增强镁基合金，其特征在于，按重量百分比计 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%，氮化硅纳米颗粒 1.5%，氮化硼纳米颗粒1.4%，石墨烯1.7%，硼酸镁晶须1.3%，余量为Mg。
3. 制备权利要求1所述Mg-Al-Cd-Zn系增强镁基合金的方法，其包含如下步骤： (1) 按照既定重量百分比进行配料：准备对应比例的纯Mg、Al、Cd以及Zn锭、其他合金 元素、以及氮化硅纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒、石墨烯、硼酸镁晶须，备用； (2) 将氮化硅纳米颗粒、氮化硼纳米颗粒在600°C左右进行预热处理，备用； (3) 将坩埚预热至650°C，将纯Mg锭置于坩埚内，通入氮气和SF6混合气体，待纯Mg锭 完全熔化后，加入纯Al、Cd、Zn锭以及其他合金元素充分熔化；加入预热后的氮化硅纳米颗 粒和氮化硼纳米颗粒，随后加入石墨烯、硼酸镁晶须，机械搅拌使其混合均匀，继续熔炼，熔 炼的同时继续进行搅拌，熔炼完成后充分静置； (4) 精炼：继续升高温度至740°C以上，进行精炼； (5) 浇铸并冷却。
4. 如权利要求3所述的制备方法，其中步骤（2)中预热处理的时间为30min-lh。
5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述继续升高温度至800°C。
6. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述继续升高温度至900°C。
7. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述继续升高温度至KKKTC。
8. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述继续升高温度至1KKTC。
9. 如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述继续升高温度至1200°C。
【文档编号】C22C49/14GK104233123SQ201410427959
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】郭健, 郭小芳, 郭乃林 申请人:盐城市鑫洋电热材料有限公司