一種Mg-Al-Cd-Zn系增強(qiáng)鎂基合金及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】一種Mg-Al-Cd-Zn系增強(qiáng)鎂基合金，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％，余量為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(zhuān)利說(shuō)明】-種Mg-AI-Cd-Zn系增強(qiáng)鎂基合金及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鎂基合金材料領(lǐng)域，尤其是一種Mg-AI-Cd-Zn系增強(qiáng)鎂基合金及其制 備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金是以鎂為原料的高性能輕型結(jié)構(gòu)材料，全球鎂合金的需求年均增長(zhǎng)達(dá)到 10%左右，西方鎂合金的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)率達(dá)到了 15%以上，未來(lái)鎂合金的市場(chǎng)需求將呈現(xiàn) 快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。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(diǎn)，在機(jī)械、電子航天航空燈領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，但是鎂合金拉伸傾點(diǎn)和屈服強(qiáng)度低，抗蠕變 性能差，限制了其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。
[0003] 中國(guó)專(zhuān)利CN1360078A涉及一種固溶強(qiáng)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(guó)專(zhuān)利CN 1441074Α涉及一種鎂基合金的制備工藝，其通過(guò)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(jìn)帶來(lái)的效果，還不足以使得 鎂基合金性能得到大幅提升。
[0005] 中國(guó)專(zhuān)利CN1560299A涉及一種含Mg、Si、Y合金，該合金中加入了 Si、Y并且改進(jìn) 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(qiáng)度和拉伸性能較差。
[0006] 因此現(xiàn)有技術(shù)中，急需提高鎂基的合金的各項(xiàng)性能，從而拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是 對(duì)鎂基合金要求較高的領(lǐng)域。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的鎂基合金抗拉伸和屈服強(qiáng)度低等的缺陷，提 供一種性能優(yōu)良的的Mg-AI-Cd-Zn系增強(qiáng)鎂基合金。
[0008] 為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種Mg-AI-Cd-Zn系增強(qiáng)鎂基合金，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%，余量為Mg。
[0010] 上述增強(qiáng)鎂基合金優(yōu)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%,余 量為Mg。
[0012] 所述鎂基合金的制備方法如下：
[0013] (1)按照既定重量百分比進(jìn)行配料：準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)比例的純Mg、Al、Cd以及Zn錠、其他 合金元素、以及氮化硅納米顆粒、氮化硼納米顆粒、石墨烯、硼酸鎂晶須，備用；
[0014] (2)將氮化硅納米顆粒、氮化硼納米顆粒在600°C進(jìn)行預(yù)熱處理，備用；
[0015] (3)將坩堝預(yù)熱至650°C，將純Mg錠置于坩堝內(nèi)，通入氮?dú)夂蚐Fjg合氣體，待純Mg 錠完全烙化后，加入純Al、Cd、Zn錠以及其他合金元素充分烙化；加入預(yù)熱后的氮化娃納米 顆粒和氮化硼納米顆粒，隨后加入石墨烯、硼酸鎂晶須，機(jī)械攪拌使其混合均勻，繼續(xù)熔煉， 熔煉的同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行攪拌，熔煉完成后充分靜置；
[0016] (4)精煉：繼續(xù)升高溫度至740°C以上，進(jìn)行精煉；
[0017] (5)澆鑄并冷卻。
[0018] 本發(fā)明的制備方法還可以包括現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的熱處理。
[0019] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 加入氮化硼納米顆粒、氮化硅納米顆粒、石墨烯以及硼酸鎂晶須，上述物質(zhì)共同作 用提高了鎂基合金的綜合力學(xué)性能。
[0021] 六種稀土元素 Gd、La、Pr、Nd、Y、Ce同時(shí)加入，改變了合金的微觀組織結(jié)構(gòu)，提高了 鎂基合金的耐熱性能，并且提高了其鑄造性能。
[0022] Nb和Μη的加入，進(jìn)一步提高了合金的性能。
[0023] Zr、Sn和Ni的加入，進(jìn)一步優(yōu)化了合金的組成，提高了其性能。
[0024] 優(yōu)化了各種成分的比例，進(jìn)一步提高了鎂基合金的各種性能。優(yōu)選，所述繼續(xù)升高 溫度至 800、900、1000、1100、120(rc。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 實(shí)施例1 :
[0026] 制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 %，余量為 Mg。
[0027] 該鎂基合金的制備方法如下：
[0028] (1)按照既定重量百分比進(jìn)行配料：準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)比例的純Mg、Al、Cd以及Zn錠、其他 合金元素、以及氮化硅納米顆粒、氮化硼納米顆粒、石墨烯、硼酸鎂晶須，備用；
[0029] (2)將氮化硅納米顆粒、氮化硼納米顆粒在600°C左右進(jìn)行預(yù)熱處理30min，備用；
[0030] (3)將坩堝預(yù)熱至650°C，將純Mg錠置于坩堝內(nèi)，通入氮?dú)夂蚐Fjg合氣體，待純Mg 錠完全烙化后，加入純Al、Cd、Zn錠以及其他合金元素充分烙化；加入預(yù)熱后的氮化娃納米 顆粒和氮化硼納米顆粒，隨后加入石墨烯、硼酸鎂晶須，機(jī)械攪拌使其混合均勻，繼續(xù)熔煉， 熔煉的同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行攪拌，熔煉完成后充分靜置；
[0031] (4)精煉：繼續(xù)升高溫度至740°C，進(jìn)行精煉；
[0032] (5)澆鑄并冷卻。
[0033] 在室溫下對(duì)上述合金進(jìn)行性能測(cè)定，結(jié)果顯示該合金的綜合力學(xué)性能較現(xiàn)有技術(shù) 有很大提高，其中斷裂韌性為12MPam1/2,抗拉強(qiáng)度是497MPa，屈服強(qiáng)度為409MPa。
[0034] 實(shí)施例2 :
[0035] 制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%，余量為Mg。
[0036] 所述鎂基合金的制備方法如下：
[0037] (1)按照既定重量百分比進(jìn)行配料：準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)比例的純Mg、Al、Cd以及Zn錠、其他 合金元素、以及氮化硅納米顆粒、氮化硼納米顆粒、石墨烯、硼酸鎂晶須，備用；
[0038] (2)將氮化硅納米顆粒、氮化硼納米顆粒在600°C左右進(jìn)行預(yù)熱處理lh，備用；
[0039] (3)將坩堝預(yù)熱至650°C，將純Mg錠置于坩堝內(nèi)，通入氮?dú)夂蚐Fjg合氣體，待純Mg 錠完全烙化后，加入純Al、Cd、Zn錠以及其他合金元素充分烙化；加入預(yù)熱后的氮化娃納米 顆粒和氮化硼納米顆粒，隨后加入石墨烯、硼酸鎂晶須，機(jī)械攪拌使其混合均勻，繼續(xù)熔煉， 熔煉的同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行攪拌，熔煉完成后充分靜置；
[0040] (4)精煉：繼續(xù)升高溫度至760°C，進(jìn)行精煉；
[0041] (5)澆鑄并冷卻。
[0042] 在室溫下對(duì)上述合金進(jìn)行性能測(cè)定，結(jié)果顯示該合金的綜合力學(xué)性能較現(xiàn)有技術(shù) 有很大提高，其中斷裂韌性為13. 5MPam1/2,抗拉強(qiáng)度是523MPa，屈服強(qiáng)度為420MPa。
[0043] 實(shí)施例3 :
[0044] 一種增強(qiáng)鎂基合金，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%，余量為Mg。
[0045] 所述鎂基合金的制備方法如下：
[0046] (1)按照既定重量百分比進(jìn)行配料：準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)比例的純Mg、Al、Cd以及Zn錠、其他 合金元素、以及氮化硅納米顆粒、氮化硼納米顆粒、石墨烯、硼酸鎂晶須，備用；
[0047] (2)將氮化硅納米顆粒、氮化硼納米顆粒在600°C左右進(jìn)行預(yù)熱處理40min，備用；
[0048] (3)將坩堝預(yù)熱至650°C，將純Mg錠置于坩堝內(nèi)，通入氮?dú)夂蚐Fjg合氣體，待純Mg 錠完全烙化后，加入純Al、Cd、Zn錠以及其他合金元素充分烙化；加入預(yù)熱后的氮化娃納米 顆粒和氮化硼納米顆粒，隨后加入石墨烯、硼酸鎂晶須，機(jī)械攪拌使其混合均勻，繼續(xù)熔煉， 熔煉的同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行攪拌，熔煉完成后充分靜置；
[0049] (4)精煉：繼續(xù)升高溫度至750°C，進(jìn)行精煉；
[0050] (5)澆鑄并冷卻。
[0051] 在室溫下對(duì)上述合金進(jìn)行性能測(cè)定，結(jié)果顯示該合金的綜合力學(xué)性能較現(xiàn)有技術(shù) 有很大提高，其中斷裂韌性為14. lMPam1/2,抗拉強(qiáng)度是549MPa，屈服強(qiáng)度為446MPa。
[0052] 表1 :實(shí)施例1-3合金的力學(xué)性能
[0053]

【權(quán)利要求】
1. 一種Mg-Al-Cd-Zn系增強(qiáng)鎂基合金，其特征在于，按重量百分比計(jì)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%，余量為Mg。
2. 如權(quán)利要求1所述的Mg-Al-Cd-Zn系增強(qiáng)鎂基合金，其特征在于，按重量百分比計(jì) 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%，余量為Mg。
3. 制備權(quán)利要求1所述Mg-Al-Cd-Zn系增強(qiáng)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(jìn)行配料：準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)比例的純Mg、Al、Cd以及Zn錠、其他合金 元素、以及氮化硅納米顆粒、氮化硼納米顆粒、石墨烯、硼酸鎂晶須，備用； (2) 將氮化硅納米顆粒、氮化硼納米顆粒在600°C左右進(jìn)行預(yù)熱處理，備用； (3) 將坩堝預(yù)熱至650°C，將純Mg錠置于坩堝內(nèi)，通入氮?dú)夂蚐F6混合氣體，待純Mg錠 完全熔化后，加入純Al、Cd、Zn錠以及其他合金元素充分熔化；加入預(yù)熱后的氮化硅納米顆 粒和氮化硼納米顆粒，隨后加入石墨烯、硼酸鎂晶須，機(jī)械攪拌使其混合均勻，繼續(xù)熔煉，熔 煉的同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行攪拌，熔煉完成后充分靜置； (4) 精煉：繼續(xù)升高溫度至740°C以上，進(jìn)行精煉； (5) 澆鑄并冷卻。
4. 如權(quán)利要求3所述的制備方法，其中步驟（2)中預(yù)熱處理的時(shí)間為30min-lh。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述繼續(xù)升高溫度至800°C。
6. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述繼續(xù)升高溫度至900°C。
7. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述繼續(xù)升高溫度至KKKTC。
8. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述繼續(xù)升高溫度至1KKTC。
9. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述繼續(xù)升高溫度至1200°C。
【文檔編號(hào)】C22C49/14GK104233123SQ201410427959
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】郭健, 郭小芳, 郭乃林 申請(qǐng)人:鹽城市鑫洋電熱材料有限公司