用于新能源汽车电机壳的镁合金及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明提供了用于新能源汽车电机壳体的镁合金及其制备方法和应用，所述镁合金的原料包括：质量分数为92～95％的AZ31镁合金；以及质量分数为5～8％的铝钐中间合金。该镁合金具有优异的综合力学性能和成型性能，用于新能源汽车电机壳体可以在保证具有良好的力学性能的前提下，有效达到轻量化的目的。
【专利说明】
用于新能源汽车电机壳的镆合金及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明涉及材料领域，具体地，涉及用于新能源汽车电机壳的镁合金及其制备方 法和应用。
【背景技术】
[0002] 随着汽车工业的高速发展以及节能减排的要求，人们对车辆轻量化关注度不断提 高，期望能够采用更为轻质具有优异性能的材料来达到减重的效果。目前大量的汽车电机 壳体用轻质材料多为铝合金，而用镁合金材料的甚少。镁合金是目前最轻的金属结构材料， 比强度、比刚度高，阻尼性能好，减震系数高，而且易于回收，被誉为21世纪绿色工程材料。
[0003] Mg-Al系镁合金是目前应用最为广泛的镁合金体系，我国对该系列镁合金的应用 研究取得了很大进展，如当前广泛应用的AZ9UAZ31和AZ63等，但是由于其晶体结构为密排 六方，变形能力差限制了其发展，大量研究表明采用一些元素掺杂对镁合金可以起到细化 晶粒、净化熔体的作用，而且可以大幅度提高镁合金的综合力学性能。目前镁合金中添加的 元素多为镧、铈、钇、钆及钕等，但其成本较高。
[0004] 因此，目前关于镁合金的相关研究仍有待改进。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 一个目的在于提出一种低成本、综合力学性能好、或可规模化生产的高品质镁合金。
[0006] 在本发明的一个方面，本发明提供了一种用于新能源汽车电机壳体的镁合金。根 据本发明的实施例，该镁合金的原料包括:92~95wt %的AZ31镁合金；以及5~8wt%的铝钐 中间合金。发明人发现，通过在镁合金中掺杂钐元素，可以有效改善镁合金的综合力学性 能，具有优异的成型能力，进而可实现新能源汽车电机壳体轻量化的目的，大幅提高电机壳 体的力学性能指标。另外，铝钐中间合金含量稳定，能有效避免稀土烧损，减少氧化夹杂以 及成分偏析等。
[0007] 根据本发明的实施例，基于所述AZ31镁合金的总质量，所述AZ31镁合金含有:2.5 ~3.5wt%的铝，0.6~1.4wt%的锌，0.2~l.Owt%的锰，以及余量的镁。
[0008] 根据本发明的实施例，所述铝钐中间合金中钐元素的质量百分比为20~25%。 [0009]根据本发明的实施例，所述镁合金的原料包括:92wt%的AZ31镁合金，以及8wt% 的铝钐中间合金。一些实施例中，基于所述AZ31镁合金的总质量，所述AZ31镁合金含有： 2.5wt %的铝，0.6wt %的锌，0.2wt %的锰，以及余量的镁。一些实施例中，铝钐中间合金中 钐元素的质量百分比为25%。
[0010]根据本发明的实施例，所述镁合金的原料包括:93wt%的AZ31镁合金，以及7wt% 的铝钐中间合金。一些实施例中，基于所述AZ31镁合金的总质量，所述AZ31镁合金含有： 3wt %的铝，lwt %的锌，0.6wt %的锰，以及余量的镁。一些实施例中，所述铝钐中间合金中 钐元素的重量百分比为23%。
[0011] 根据本发明的实施例，所述镁合金的原料包括:95wt%的AZ31镁合金，以及5wt% 的铝钐中间合金。一些实施例中，基于所述AZ31镁合金的总质量，所述AZ31镁合金含有： 3.5wt %的铝，1.4wt %的锌，1. Owt %的锰，以及余量的镁。一些实施例中，所述铝钐中间合 金中钐元素的重量百分比为20%。
[0012] 在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述镁合金的方法。根据本发 明的实施例，该方法包括：（1)将纯镁放入熔炼炉中并升温至650~700°C，再依次放入经烘 烤中间合金A1、A1-Mn及Zn，得到第一合金液；（2)在所述第一合金液面撒覆盖剂并升温至 700~750°C，加入铝钐中间合金，搅拌并扒渣，得到第二合金液；（3)用&(：1 6精炼剂对所述第 二合金液进行精炼，得到精炼产物；（4)采用氩气保护将所述精炼产物进行浇铸，并采用循 环水冷却模具的方式冷却至700~720°C，然后静置冷却。通过该方法，能够制备出杂质含量 低，质量优良，铸态晶粒细小，力学性能较好的镁合金，且工艺简单、安全可靠，操作方便。
[0013] 根据本发明的实施例，所述铝钐中间合金采用高能超声方法制备，所述高能超声 方法包括以下步骤:a)把纯铝锭放入坩埚内加热至熔化，并将钐加入所得到的纯铝熔体中， 然后在740°C下保温40min;b)将超声变幅杆伸入步骤a)得到的熔体中进行间歇式超声处 理，其中，超声强度为1 .〇lkw/cm2~1. lkw/cm2,超声时间为35min，所述间歇式超声处理每次 施加时间为28s，间歇时间为28s;c)在725°C~730°C温度范围内将步骤b)得到的产物进行 精炼除杂，然后浇铸取样。
[0014] 在本发明的再一方面，本发明提供了一种用于新能源汽车的电机壳体。根据本发 明的实施例，该电机壳体的至少一部分是由前面所述的镁合金形成的。该电机壳体具有前 面所述的镁合金的全部特征和优点，在此不再一一赘述。
[0015]本发明至少具有以下有益效果：
[0016] 1、根据本发明实施例的新能源汽车电机壳体用镁合金，可实现新能源汽车电机壳 体轻量化的目的，同时具有优异的成型能力，能够大幅度提高电机壳体的力学性能指标。
[0017] 2、根据本发明实施例的制备镁合金的方法，能生产出杂质含量低，质量优良，铸态 晶粒细小，力学性能较好的镁合金，而且工艺简单、安全可靠，操作方便。
[0018] 3、本发明采用的铝钐中间合金含量稳定，能有效避免稀土烧损，减少氧化夹杂以 及成分偏析等。
【附图说明】
[0019] 图1显示了根据本发明实施例的制备镁合金的方法流程示意图。
[0020]图2显示了根据本发明实施例的制备铝钐中间合金的方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面详细描述本发明的实施方案，下面通过参考附图描述的实施方案是示例性 的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0022] 在本发明的一个方面，本发明提供了一种用于新能源汽车电机壳体的镁合金。根 据本发明的实施例，该镁合金的原料包括:92~95wt %的AZ31镁合金；以及5~8wt%的铝钐 中间合金。发明人发现，通过在镁合金中掺杂钐元素，可以有效改善镁合金的综合力学性 能，具有优异的成型能力，进而可实现新能源汽车电机壳体轻量化的目的，大幅提高电机壳 体的力学性能指标。另外，铝钐中间合金含量稳定，能有效避免稀土烧损，减少氧化夹杂以 及成分偏析等现象。且钐元素价格相对较低且原料来源丰富。
[0023]根据本发明的实施例，基于AZ31镁合金的总质量，AZ31镁合金含有:2.5~3.5wt% 的铝，0.6~1.4wt%的锌，0.2~1. Owt%的锰，以及余量的镁。由此，有利于提高镁合金的综 合性能。
[0024]根据本发明的实施例，所述铝钐中间合金中钐元素的质量百分比为20~25%。该 含量范围的钐元素能够大大提高镁合金的综合力学性能，抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬 度等均得到明显改善。
[0025]根据本发明的实施例，上述镁合金的原料可以包括:92wt%的AZ31镁合金，以及 8wt%的铝钐中间合金。由此，本发明的镁合金的力学性能优异，具有良好的成型性能，用于 新能源汽车电机壳体时既可以实现轻量化的目的，又可以保证其良好的力学性能。一些实 施例中，基于AZ31镁合金的总质量，上述采用的AZ31镁合金可以含有：2.5wt%的铝， 0.6wt %的锌，0.2wt %的锰，以及余量的镁。一些实施例中，上述采用的铝钐中间合金中钐 元素的质量百分比为25%，即添加后钐的重量百分比为镁合金总量的2%。由此，有利于进 一步提高本发明的镁合金的综合力学性能。
[0026] 根据本发明的实施例，本发明的镁合金的原料可以包括:93wt%的AZ31镁合金，以 及7wt%的铝钐中间合金。具有上述成分及配比的镁合金表现出良好的力学性能和成型性 能。一些实施例中，基于AZ31镁合金的总质量，上述采用的AZ31镁合金含有：3wt %的铝， 3wt %的锌，0.6wt %的锰，以及余量的镁。一些实施例中，上述采用的铝钐中间合金中钐元 素的重量百分比为23%，即添加后钐的重量百分比为镁合金总量的1.6%。由此，有利于进 一步提高本发明的镁合金的综合力学性能。
[0027] 根据本发明的实施例，本发明的镁合金的原料可以包括:95wt%的AZ31镁合金，以 及5wt%的铝钐中间合金。由此，根据本发明实施例的镁合金具有优异的使用性能，用于新 能源汽车电机壳体时能够实现轻量化的目的，同时具有突出的力学性能。一些实施例中，基 于AZ31镁合金的总质量，上述采用的AZ31镁合金可以含有：3.5wt %的铝，1.4wt %的锌， l.Owt%的锰，以及余量的镁。一些实施例中，上述采用的铝钐中间合金中钐元素的重量百 分比为20%，即添加后钐的重量百分比为镁合金总量的1%。由此，有利于进一步提高本发 明的镁合金的综合力学性能。
[0028] 在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述镁合金的方法。根据本发 明的实施例，参照图1，该方法包括以下步骤：
[0029] S100:制备第一合金液
[0030]在该步骤中，将纯镁放入熔炼炉中并升温至650~700°C，再依次放入经烘烤中间 合金A1、A1-Mn及Zn，得到第一合金液。
[0031]根据本发明的实施例，为了使中间合金充分干燥和脱水，使用前需要对中间合金 进行烘烤，在实际操作中，具体的烘烤条件、设备不受特别限制，只要能够实现干燥、脱水的 目的，本领域技术人员可以根据实际工作条件灵活选择。
[0032] S200:制备第二合金液
[0033] 在该步骤中，在上述得到的第一合金液面撒混合盐覆盖剂并升温至700~750°C， 加入铝钐中间合金，搅拌并扒渣，得到第二合金液。
[0034] 根据本发明的实施例，该步骤中采用的覆盖剂为本领域常规的混合盐覆盖剂，本 领域技术人员可以根据实际需要灵活选择。
[0035] 根据本发明的实施例，上述采用的铝钐中间合金可以采用高能超声方法制备，具 体地，参照图2，上述高能超声方法可以包括以下步骤：
[0036] S10制备熔体:把纯铝锭放入坩埚内加热至熔化，并将钐加入所得到的纯铝熔体 中，然后在740°C下保温40min;S20超声处理:将超声变幅杆伸入步骤S10得到的熔体中进行 间歇式超声处理，其中，超声强度为1 .〇lkw/cm2~1. lkw/cm2,超声时间为35min，所述间歇式 超声处理每次施加时间为28s，间歇时间为28s; S30精炼及浇铸:在725 °C~730 °C温度范围 内将步骤S20得到的产物进行精炼除杂，然后浇铸取样。该方法制得的铝钐中间合金含量稳 定，能够有效避免稀土烧损、减少氧化夹杂以及成分偏析等现象。
[0037] S300 :精炼
[0038] 在该步骤中，用C2C16精炼剂对上述得到的第二合金液进行精炼，得到精炼产物。根 据本发明的实施例，精炼的具体条件不受特别限制，本领域技术人员可以根据产品需要、工 作环境等合理选择。
[0039] S400:浇铸及冷却
[0040] 在该步骤中，采用氩气保护将上述精炼得到的产物进行浇铸，然后采用循环水冷 却模具的方式冷却至700~720Γ，接着静置冷却，得到镁合金。
[0041] 通过本发明的该方法，能够制备出杂质含量低，质量优良，铸态晶粒细小，力学性 能较好的镁合金，且工艺简单、安全可靠，操作方便。
[0042] 在本发明的再一方面，本发明提供了一种用于新能源汽车的电机壳体。根据本发 明的实施例，该电机壳体的至少一部分是由前面所述的镁合金形成的。该电机壳体具有前 面所述的镁合金的全部特征和优点，在此不再一一赘述。
[0043] 下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发 明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文 献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均 为可以通过市购获得的常规产品。
[0044] 实施例1:
[0045] 原料及配比：制备镁合金的原料为重量百分比为92%的AZ31镁合金和质量百分比 为8%的铝钐中间合金，其中，AZ31镁合金中各元素的重量百分比为:A1:2.5%，Ζη:0.6%， Μη:0.2%，余量为镁。错钐中间合金中钐元素的重量百分比为25%，添加后钐的重量百分比 为镁合金总量的2%。
[0046] 制备方法：
[0047]铝钐中间合金的制备：1)首先把纯铝锭放入坩埚内加热至熔化，将稀土钐加入到 上述纯铝熔体中，然后在740°C保温40min;2)将超声变幅杆伸入上述得到的熔体中进行间 歇式超声处理，超声强度为1 .〇lkw/cm2~1. lkw/cm2,超声时间为35min，高能超声每次施加 时间28s，间歇时间28s; 3)在725 °C~730 °C温度范围内精炼除杂，浇铸取样。
[0048]镁合金的制备:先将纯镁放入熔炼炉中，升温至650~700°C，再依次放入经烘烤中 间合金(按照A1、A1-Mn及Zn的顺序），在合金液面撒混合盐覆盖剂进行熔体保护;升温至700 ~750 °C时，加入铝钐中间合金，搅拌并扒渣；用&(：16精炼剂对合金液进行精炼，采用Ar保护 浇铸，采用循环水冷却模具的方式冷却至700~720°C，静置，冷却即得。
[0049] 实施例2:
[0050] 原料及配比：制备镁合金的原料为重量百分比为93%的AZ31镁合金和质量百分比 为7%的铝钐中间合金，其中，AZ31镁合金中各元素的重量百分比为:Al:3%，Zn:3%，Mn: 0.6%，余量为镁。铝钐中间合金中钐元素的重量百分比为23%，添加后钐的重量百分比为 镁合金总量的1.6%。
[0051 ]制备方法同实施例1。
[0052] 实施例3:
[0053] 原料及配比：制备镁合金的原料为重量百分比为95%的AZ31镁合金和质量百分比 为5%的铝钐中间合金，其中，AZ31镁合金中各元素的重量百分比为:A1:3.5%，Zn: 1.4%， Μη: 1.0%，余量为镁。错钐中间合金中钐元素的重量百分比为20%，添加后钐的重量百分比 为镁合金总量的1 %。
[0054]制备方法同实施例1。
[0055] 实施例4:
[0056]根据国标GB/T128-2010《金属材料室温拉伸实验方法》对实施例1至实施例3中制 备获得的镁合金分别进行相关的力学性能测试，测试结果如下：
[0058]由上表结果可知，本发明的镁合金具有优异的力学性能。
[0059] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能 理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第 一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中， "多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0060] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任 一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技 术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结 合和组合。
[0061] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例 性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述 实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1. 一种用于新能源汽车电机壳体的镁合金，其特征在于，所述镁合金的原料包括： 质量分数为92~95%的AZ31镁合金；以及 质量分数为5~8 %的铝钐中间合金。2. 根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，基于所述AZ31镁合金的总质量，所述 AZ31镁合金含有： 质量分数为2.5~3.5 %的铝， 质量分数为0.6~1.4 %的锌， 质量分数为〇. 2~1.0 %的锰，以及 余量的镁。3. 根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，所述铝钐中间合金中钐元素的质量百分 比为20~25%。4. 根据权利要求1-3任一项所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金的原料包括： 质量分数为92 %的AZ31镁合金，以及 质量分数为8 %的铝钐中间合金。5. 根据权利要求4所述的镁合金，其特征在于，基于所述AZ31镁合金的总质量，所述 AZ31镁合金含有： 质量分数为2.5 %的铝， 质量分数为0.6 %的锌， 质量分数为0.2 %的锰，以及 余量的镁。6. 根据权利要求4所述的镁合金，其特征在于，所述铝钐中间合金中钐元素的质量百分 比为25%。7. 根据权利要求1-3任一项权利要求所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金的原料包 括： 质量分数为93 %的AZ31镁合金，以及 质量分数为7 %的铝钐中间合金。8. 根据权利要求7所述的镁合金，其特征在于，基于所述AZ31镁合金的总质量，所述 AZ31镁合金含有： 质量分数为3 %的铝， 质量分数为1.0%的锌， 质量分数为0.6 %的锰，以及 余量的镁。9. 根据权利要求7所述的镁合金，其特征在于，所述铝钐中间合金中钐元素的重量百分 比为23%。10. 根据权利要求1-3任一项权利要求所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金的原料 包括： 质量分数为95 %的AZ31镁合金，以及 质量分数为5 %的铝钐中间合金。11. 根据权利要求10所述的镁合金，其特征在于，基于所述AZ31镁合金的总质量，所述 AZ31镁合金含有： 质量分数为3.5 %的铝， 质量分数为1.4%的锌， 质量分数为1.0%的锰，以及 余量的镁。12. 根据权利要求10所述的镁合金，其特征在于，所述铝钐中间合金中钐元素的重量百 分比为20 %。13. -种制备权利要求1-12任一项所述镁合金的方法，其特征在于，包括： (1) 将纯镁放入熔炼炉中并升温至650~700 °C，再依次放入经烘烤中间合金Al、Al-Mn 及Zn，得到第一合金液； (2) 在所述第一合金液面撒覆盖剂并升温至700~750°C，加入铝钐中间合金，搅拌并扒 渣，得到第二合金液； (3) 用&(：16精炼剂对所述第二合金液进行精炼，得到精炼产物； (4) 采用氩气保护将所述精炼产物进行浇铸，并采用循环水冷却模具的方式冷却至700 ~720 °C，然后静置冷却。14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述铝钐中间合金采用高能超声方法制 备，所述高能超声方法包括以下步骤： a) 把纯铝锭放入坩埚内加热至熔化，并将钐加入所得到的纯铝熔体中，然后在740°C下 保温40min; b) 将超声变幅杆伸入步骤a)得到的熔体中进行间歇式超声处理，其中，超声强度为 1.01 kw/cm2~I. I kw/cm2，超声时间为3 5mi η，所述间歇式超声处理每次施加时间为28 S，间歇 时间为28s; c) 在725 °C~730 °C温度范围内将步骤b)得到的产物进行精炼除杂，然后浇铸取样。15. -种用于新能源汽车的电机壳体，其特征在于，所述电机壳体的至少一部分是由权 利要求1-12中任一项所述的镁合金形成的。
【文档编号】C22C1/03GK105950928SQ201610341869
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】孙建, 梁晨
【申请人】北京新能源汽车股份有限公司