一種Mg-Cd系增強(qiáng)型的鎂基合金及其制備方法
【專利摘要】一種Mg-Cd系增強(qiáng)型的鎂基合金，按重量百分比含有如下組分：Cd 6-7％，Bi 1.5-2％，Ba 0.8-0.9％，Ca 0.7-0.8％，Zn 2.5-3％，Al 2-3％，Sr 0.8-1％、Pr 0.35-0.4％，Nd 0.4-0.5％，Y0.4-0.5％，Yb 0.1-0.2％，Zr 0.5-0.6％，Sn 1-1.2％，Mn 1.3-1.4％，Cu 0.4-0.5％，Ti 0.3-0.35％，Nb 1.5-1.6％，Hf0.1-0.2％，納米碳化鎢2-3％石墨烯5-6％，氮化硅晶須4-6％，余量為Mg。該合金的抗拉性能、屈服性能以及韌性得到大幅度提高。
【專利說明】-種Mg-Cd系增強(qiáng)型的鎂基合金及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合金材料領(lǐng)域，尤其是一種Mg-Cd系增強(qiáng)型的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，比重與塑料相近，剛度、強(qiáng)度不亞于 鋁，具有較強(qiáng)的抗震、防電磁、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等優(yōu)異性能，并且可以全回收無污染，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 應(yīng)用。鎂合金的應(yīng)用不如鋁合金廣泛，而我國的鎂儲量世界第一，鋁土礦資源卻非常貧乏， 僅能供應(yīng)中國生產(chǎn)10年，因此提高鎂合金性能、發(fā)展鎂合金產(chǎn)業(yè)符合中國的資源戰(zhàn)略。
[0003] 專利CN1010〇3〇83A涉及一種使Mg-Al-Zn基鑄造鎂合金獲得高強(qiáng)度高初性的方 法，該方法改進(jìn)了鎂基合金的鍛造步驟，改變了合金的微觀結(jié)構(gòu)，提高了鎂基合金的性能， 但是該合金仍難滿足更高場合對鎂基合金的要求。
[0004] 專利CN 101495660A涉及一種高強(qiáng)度鎂基合金及其制備方法，該合金中加入了 Zr、Ti、Hf等元素，改變了提高了合金的性能，該合金的性能仍需進(jìn)一步提高。
[0005] 專利CN101603137A涉及一種高強(qiáng)鈿性鎂合金，該合金中加入了 Nd, Zr等元素，提 高了鎂基合金的強(qiáng)度和鈿性，但是該合金拉伸性能不高。
[0006] 從現(xiàn)有技術(shù)和國家資源戰(zhàn)略的角度來看，急需提高鎂合金的各項(xiàng)性能，拓寬其應(yīng) 用領(lǐng)域，尤其是對鎂基合金要求較高的領(lǐng)域。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種Mg-cd系增強(qiáng)型的鎂基合金及其制備方法。
[0008] 為了達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] 一種Mg-Cd系增強(qiáng)型的鎂基合金，其特征在于，按重量百分比含量含有：cd 6-7 %, Bi 1. 5~2 %, Ba 0. 8-0. 9 %, Ca 0. 7-0. 8 %, Zn 2. 5-3%, A1 2-3%, Sr 0. 8-1 % > Pr 0.35-0. 4%, Nd 0.4-0. 5%, Y 0.4-0. 5%, Yb 0.1-0. 2%, Zr 0.5-0. 6%, Sn 1-1.2%, Mn 1_3-1_4%，CuO. 4-0.5%，Ti0. 3-0_35%，Nb 1.5-1.6%，Hf 0-1 -〇. 2%，納米碳化鶴 2-3%石墨烯5-6%，氮化硅晶須4-6%，余下組分為Mg。
[0010] 上述Mg-Cd系增強(qiáng)型的鎂基合金優(yōu)選的組成為：
[0011]按重量百分比含量含有：Cd 6.5%，Bi l.8%，Ba 0.85%，Ca 0.75%，Zn 2. 7%， A1 2. 5%, Sr 0. 9% > Pr 0. 38%, Nd 0. 45%, Y 0. 45%, Yb 0. 15%, Zr 0. 55%, Sn 1 1 %, Mn 1.35%，CuO_45%，Ti 0. 32%，Nb 1.55%，批0_15%，納米碳化鶴2.5%石墨烯5_5%， 氮化娃晶須4. 5%，余下組分為Mg。
[0012] 本發(fā)明鎂基合金的制備方法如下：
[0013] (1)按照本發(fā)明所述的比例取各組分原料-純Mg錠、純Cd錠、純Zn徒、純A1 ,定、 其他合金元素，以及納米碳化鎢、氮化硅晶須和石墨烯顆粒； Λ
[0014] (2)將純Mg錠在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行擦化，然后加入純以鍵、純Zn錠、純 A1錠以 及其他合金元素充分熔化；再加入預(yù)熱后的納米碳化鶴、氮化硅晶須和石墨稀顆粒，機(jī)械攪 拌20-30min，使其混合均勻，隨后在 5〇〇_9〇〇W的超聲功率下進(jìn)行超聲處理，然后進(jìn)一步熔 煉，熔煉的同時繼續(xù)進(jìn)行攪拌，熔煉完成后充分靜置；
[0015] (3)精煉：繼續(xù)升高溫度至75〇°C以上，進(jìn)行精煉，精煉完成后保溫靜置；
[0016] (4)將步驟⑶獲得的合金溶液澆鑄已經(jīng)預(yù)熱的模具中冷卻。
[0017] 其中步驟（2)中超聲處理的時間為30min_2h。
[0018] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] 納米碳化鎢以及氮化硅晶須的加入，提高了 Mg-Cd系鎂基合金的強(qiáng)度以及拉伸性 能。
[0020] 石墨烯的加入改變了鎂基合金的含碳量，提高了其力學(xué)性能。
[0021] 四種稀土元素 Pr、Nd、Y、Yb同時加入，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] Mn、Cu、Ti以及Nb的加入，優(yōu)化了合金的組成，提高了其性能。
[0023] Bi、Sn以及Hf等元素的加入，進(jìn)一步提高了合金的力學(xué)性能。優(yōu)選，所述繼續(xù)升 高溫度至 800、900、1000、1100、1200°C。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 實(shí)施例1 :
[0025] 制備的Mg-Cd系增強(qiáng)型的鎂基合金的成分及其重量比為：Cd 6%，Bi 1.5°%，Ba 0. 8%,Ca 0. 7%,Zn 2. 5%,A1 2%, Sr 0. 8%,Pr 0. 35%,Nd 0. 4%,Y 0. 4%,Yb 0. 1%, Zr 0. 5%，Sn l%,Mn 1.3%，Cu 0.4%，Ti 0_3%，Nb 1_5%，1^0_1%，納米碳化鎢2%石 墨烯5%，氮化硅晶須4%，余下組分為Mg。
[0026] 所述Mg-Cd系增強(qiáng)型的鎂基合金的制備方法如下：
[0027] (1)按照特定的比例取各組分原料-純Mg錠、純Cd錠、純Zn錠、純A1錠、其他合 金元素，以及納米碳化鶴、氮化娃晶須和石墨烯顆粒；
[0028] (2)將純Mg錠在惰性氣體氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行熔化，然后加入純Cd錠、純Zn錠、 純A1錠以及其他合金元素充分熔化；再加入預(yù)熱后的納米碳化鎢、氮化硅晶須和石墨烯顆 粒，機(jī)械攪拌20-30min，使其混合均勻，隨后在500-900W的超聲功率下進(jìn)行超聲處理，超聲 處理的時間優(yōu)選為3〇min_ 2h，隨后進(jìn)一步熔煉，熔煉的同時繼續(xù)進(jìn)行攪拌，熔煉完成后充分 靜置；
[0029] (3)精煉：繼續(xù)升商溫度至750 C以上，進(jìn)彳丁精煉，精煉完成后保溫靜置；
[0030] (4)將步驟⑶獲得的合金溶液澆鑄己經(jīng)預(yù)熱的模具中冷卻。
[0031] 在室溫下對上述合金進(jìn)行性能測定，結(jié)果顯示該合金的綜合力學(xué)性能較現(xiàn)有技術(shù) 有很大改善，其中斷裂軔性為10· 7MPam1/2,抗拉強(qiáng)度是501MPa，屈服強(qiáng)度為415MPa。
[0032] 實(shí)施例2 :
[0033] 制備如下組分和重量比的Mg-Cd系增強(qiáng)型的鎂基合金：Cd 7%，Bi 2%，Ba 0. 9%, CaO. 8%, Zn 3%, A1 3%, Sr 1%, Pr 0. 4%, Nd 0. 5%, Y 0. 5%, Yb 0. 2%, Zr 0_6%,Sn 1.2%，Mn 1.4%，Cu 0_5%，Ti 0_35%，Nb l_6%，Hf 0_2%，納米碳化鎢 3%石 墨烯6%，氮化桂晶須6%，余下組分為Mg。
[0034] 所述鎂基合金的制備方法如下：
[0035] (1)按照特定的比例取各組分原料-純Mg錠、純Cd錠、純Zn錠、純A1錠、其他合 金元素，以及納米碳化鎢、氮化硅晶須和石墨烯顆粒；
[0036] (2)將純Mg錠在惰性氣體氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行熔化，然后加入純Cd錠、純Zn錠、 純A1錠以及其他合金元素充分熔化；再加入預(yù)熱后的納米碳化鎢、氮化硅晶須和石墨烯顆 粒，機(jī)械攪拌 2〇_3〇min，使其混合均勻，隨后在5〇0_900W的超聲功率下進(jìn)行超聲處理，超聲 處理的時間優(yōu)選為30min-2h，隨后進(jìn)一步熔煉，熔煉的同時繼續(xù)進(jìn)行攪拌，熔煉完成后充分 靜置；
[0037] (3)精煉：繼續(xù)升高溫度至750°C以上，進(jìn)行精煉，精煉完成后保溫靜置；
[0038] (4)將步驟C3)獲得的合金溶液澆鑄已經(jīng)預(yù)熱的模具中冷卻。
[0039] 在室溫下對上述合金進(jìn)行性能測定，結(jié)果顯示該合金的綜合力學(xué)性能較現(xiàn)有技術(shù) 有很大改善，其中斷裂韌性為I 2· 9MPam1/2,抗拉強(qiáng)度是523MPa，屈服強(qiáng)度為43〇MPa。
[0040] 實(shí)施例3 :
[0041] 通過多因素和單因素試驗(yàn)對Mg-Cd系增強(qiáng)型的鎂基合金的各組分的比例進(jìn)行優(yōu) 化，選擇力學(xué)性能最優(yōu)的合金組分。具體地，本發(fā)明優(yōu)選的效果最佳的鎂基合金，按重量百 分比含有如下組分：Cd 6. 5%，Bi 1. 8%, Ba 0· 85%，Ca 0· 75%，Zn 2· 7%，A1 2. 5%，Sr 0. 9%> Pr 0. 38%, Nd 0. 45%, Y 0. 45%, Yb 0. 15%, Zr 0. 55%, Sn 1. 1%, Mn 1. 35%, Cu 0.45%, Ti 0.32%, Nb 1.55%, HfO· 15%，納米碳化鎢 2. 5%石墨烯 5. 5%，氮化硅晶須 4. 5%，余下組分為Mg。
[0042] 所述鎂基合金的制備方法如下：
[0043] (1)按照上述比例取各組分原料-純Mg錠、純Cd錠、純Zn錠、純A1錠、其他合金 元素，以及納米碳化鶴、氮化娃晶須和石墨烯顆粒；
[0044] (2)將純Mg錠在惰性氣體氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行溶化，然后加入純Cd錠、純Zn錠、 純A1錠以及其他合金元素充分熔化；再加入預(yù)熱后的納米碳化鎢、氮化硅晶須和石墨烯顆 粒，機(jī)械攪拌 2〇_3〇min，使其混合均勻，隨后在5〇0_900W的超聲功率下進(jìn)行超聲處理，超聲 處理的時間優(yōu)選為 3〇min_2h，隨后進(jìn)一步熔煉，熔煉的同時繼續(xù)進(jìn)行攪拌，熔煉完成后充分 靜置；
[0045] (3)精煉：繼續(xù)升高溫度至75〇°C以上，進(jìn)行精煉，精煉完成后保溫靜置；
[0046] (4)將步驟（3)獲得的合金溶液澆鑄已經(jīng)預(yù)熱的模具中冷卻。
[0047] 在室溫下對上述合金進(jìn)行性能測定，結(jié)果顯示該合金的綜合力學(xué)性能最佳，其中 斷裂靭性為14. 8MPam1/2,抗拉強(qiáng)度是550MPa，屈服強(qiáng)度為446MPa。
[0048] 表1 :實(shí)施例1-3合金的力學(xué)性能
[0049]

【權(quán)利要求】
1. 一種Mg-Cd系增強(qiáng)型的鎂基合金，其特征在于，按重量百分比含有如下組分：Cd 6-7%, Bi 1. 5-2%, Ba 0. 8-0. 9%, Ca 0. 7-0. 8%, Zn 2. 5-3%, A1 2-3%, Sr 0. 8-1%, Pr 0. 35-0. 4%, NdO. 4-0. 5%, Y 0. 4-0. 5%, Yb 0. l-〇. 2%, Zr 0. 5-0. 6%, Sn 1-1. 2%, Μη 1. 3-1. 4%，Cu 0· 4-0. 5%，Ti 0· 3-0. 35%，Nb 1. 5-1. 6%，Hf 0· 1-0. 2%，納米碳化鎢 2-3%，石墨烯5-6%，氮化硅晶須4-6%，余下組分為Mg。
2. 如權(quán)利要求1所述的鎂基合金，其特征在于，按重量百分比含有：Cd 6.5%，Bi 1. 8%, Ba 0. 85%, Ca 0. 75%, Zn 2. 7%, A1 2. 5%, Sr 0. 9%, Pr 0. 38%, Nd 0. 45%, Y 0.45%,Yb 0. 15%,Zr 0.55%,Sn 1.1%,Mn 1.35%,Cu 0.45%,Ti 0.32%,Nb 1.55%, Hf 0. 15 %，納米碳化鎢2. 5 %石墨烯5. 5 %，氮化硅晶須4. 5 %，余下組分為Mg。
3. 權(quán)利要求1所述Mg-Cd系增強(qiáng)鎂基合金的制備方法，包括如下步驟： (1) 按照權(quán)利要求1所述的比例取各組分原料-純Mg錠、純Cd錠、純Zn錠、純A1錠、 其他合金兀素，以及納米碳化鶴、氣化娃晶須和石墨稀顆粒； (2) 將純Mg錠在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行熔化，然后加入純Cd錠、純Zn錠、純A1錠以及 其他合金元素充分熔化；再加入預(yù)熱后的納米碳化鎢、氮化硅晶須和石墨烯顆粒，機(jī)械攪拌 20-30min，使其混合均勻，隨后在500-900W的超聲功率下進(jìn)行超聲處理，然后進(jìn)一步熔煉， 熔煉的同時繼續(xù)進(jìn)行攪拌，熔煉完成后充分靜置。 (3) 精煉：繼續(xù)升高溫度至750°C以上，進(jìn)行精煉，精煉完成后保溫靜置； (4) 將步驟（3)獲得的合金溶液澆鑄已經(jīng)預(yù)熱的模具中冷卻。
4. 權(quán)利3所述的制備方法，其中步驟（2)中超聲處理的時間為30min-2h。
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】C22C1/06GK104233032SQ201410427960
【公開日】2014年12月24日 申請日期: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 申請人:鹽城市鑫洋電熱材料有限公司