CN106119580A - 与水发生可控反应的镁合金及其构件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料技术领域,公开了一种与水发生可控反应的镁合金及其构件的制造方法;所述镁合金各组分及其重量百分比含量为:Al7.0~10.0%,Zn0.5~1.5%,Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反应促进元素(MRAE)的总含量0.15~0.85%,Mg为余量,杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。与现有技术相比,本发明的镁合金制造的构件在具备常规镁合金构件力学性能的同时,可在室温或加热时与水发生较快的可控反应,适合应用于对结构材料有环保降解需求的工业领域。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种金属材料技术领域的镁合金,具体是一种与水发生可控反应的镁合金及其构件的制造方法。
背景技术
镁合金具有电极电位低的特点,除在含部分离子溶液条件下表面发生钝化外,镁合金的化学性质较为活泼。另一方面,镁合金可通过合金化实现较高的比强度。利用镁合金的这两个特点,可将镁合金制成构件,应用于特定的工业领域。
镁合金的化学性质虽然较为活泼,但在常温下,镁与水的反应速度极其微弱,主要原因在于反应生成的氢氧化镁可阻止镁与水的进一步反应,即使加热至沸腾,也只能观测到较为缓慢的反应。由于在一定温度范围内,常规镁合金与水的反应速率偏低,且可控范围较窄,因此无法满足工业应用的需求。通过合金化方法,提高镁合金与水发生化学反应的速率,是拓展镁合金在工业领域应用的一项关键技术。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道,也尚未搜索到国内外类似的资料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有镁合金材料的不足,提供一种与水发生快速可控反应的镁合金及其构件的制造方法。所述的镁合金添加Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反应促进元素(MRAE),这些元素与镁形成的相可在镁与水反应过程破坏氢氧化镁的连续性,严格控制Be、Zr、Ca等元素,从而达到促进镁与水反应的效果。在本发明规定的范围内调控合金化元素比例,可相应调控镁合金与水的反应速率,从而使镁合金满足在特殊工业领域的应用需求。
本发明是通过以下技术方案实现的。
第一方面:本发明提供一种与水发生可控反应的镁合金,包含组分及重量百分比为:Al7.0~10.0%,Zn0.5~1.5%,Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反应促进元素(MRAE)的总含量0.15~1.85%,Mg为余量,杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。
第二方面,本发明提供一种所述镁合金的构件制造方法,所述制造方法具体包含如下步骤。
预处理:按重量百分比称取镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍、镓、铟等原材料,其中镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍预热。
熔炼浇注:将预处理后的原材料均匀混合,熔炼;经覆盖、精炼处理后浇注,得到铸锭。
均匀化热处理:对所述铸锭在一定温度下保温一段时间。
热变形加工:对所述铸锭在一定温度下进行热变形加工,得到锻件或型材。
时效热处理:对所述锻件或型材在一定温度下保温一段时间。
优选地,预处理的步骤中,所述预热的温度为200℃,时间8小时。
优选地,熔炼浇注的步骤中,所述覆盖采用的覆盖剂为JDMF,所述精炼采用的精炼剂为JDMJ,所述的浇注温度为680~710℃。
优选地,均匀化热处理的步骤中,所述的保温条件为400~440℃下12~16小时。
优选地,热变形加工步骤中,所述的热变形温度为320~370℃,总变形量为70%~95%。
优选地,时效热处理步骤中,所述的保温条件为160~180℃下20~40小时。
与现有技术相比,采用本发明所述镁合金制造的构件,在具备常规镁合金构件力学性能的同时,可在室温或加热时与水发生较快的可控反应,适合应用于对结构材料有环保降解需求的工业领域。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1。
制造重量百分比为Mg-7.0%Al-0.5%Zn-0.15%MRAE的镁合金构件,Mg为余量,杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。包括以下步骤。
预处理步骤:按重量百分比称取镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍、镓、铟等原材料,其中镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍在200℃下预热8小时。
熔炼浇注步骤:推荐采用坩埚电阻炉熔炼,加入覆盖剂JDMF进行覆盖、精炼剂JDMJ进行精炼处理,使各合金成分均匀混合,去除夹杂物,在680℃浇注,得到铸锭。
均匀化热处理步骤:在400℃对铸锭进行均匀化热处理,处理时间为12小时。
热变形加工步骤:在320℃对铸锭进行挤压加工,总变形量为95%,得到挤压型材。
时效热处理步骤:在160℃下对挤压型材进行时效热处理,处理时间为40小时。
本实施例制造的构件具备一定的与水发生反应的能力,对水稍许加热即可实现构件与水的明显反应。力学性能可达到Rm≥300MPa,Rp0.2≥200MPa,A≥3%。
实施例2。
制造重量百分比为Mg-8.5%Al-1.0%Zn-1.0%MRAE的镁合金构件,Mg为余量,杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。包括以下步骤。
预处理步骤:按重量百分比称取镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍、镓、铟等原材料,其中镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍在200℃下预热8小时。
熔炼浇注步骤:推荐采用坩埚电阻炉熔炼,加入覆盖剂JDMF进行覆盖、精炼剂JDMJ进行精炼处理,使各合金成分均匀混合,去除夹杂物,在680℃浇注,得到铸锭。
均匀化热处理步骤:在420℃对铸锭进行均匀化热处理,处理时间为14小时。
热变形加工步骤:在345℃对铸锭进行锻造加工,总变形量为85%,得到锻件。
时效热处理步骤:在170℃下对锻件进行时效热处理,处理时间为30小时。
本实施例制造的构件可在室温下与水发生明显反应,对水稍许加热即可实现构件与水的快速反应。力学性能可达到Rm≥320MPa,Rp0.2≥220MPa,A≥2%。
实施例3。
制造重量百分比为Mg-10.0%Al-1.5%Zn-1.85%MRAE的镁合金构件,Mg为余量,杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。包括以下步骤:
预处理步骤:按重量百分比称取镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍、镓、铟等原材料,其中镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍在200℃下预热8小时。
熔炼浇注步骤:推荐采用坩埚电阻炉熔炼,加入覆盖剂JDMF进行覆盖、精炼剂JDMJ进行精炼处理,使各合金成分均匀混合,去除夹杂物,在710℃浇注,得到铸锭。
均匀化热处理步骤:在440℃对铸锭进行均匀化热处理,处理时间为16小时。
热变形加工步骤:在370℃对铸锭进行挤压加工,总变形量为70%,得到挤压型材。
时效热处理步骤:在180℃下对挤压型材进行时效热处理,处理时间为20小时。
本实施例制造的构件可在室温下与水发生快速反应。力学性能可达到Rm≥340MPa,Rp0.2≥240MPa,A≥1.5%。
对比例1。
本对比例是实施例1的对比例,本对比例涉及一种镁合金,与实施例1不同之处仅在所述镁合金不含Cu、Si、Fe、Ni、Ga、In等混合反应促进元素。
本对比例镁合金制造的构件在室温下与水几乎观测不到反应,即使将水加热至沸腾也只能发生微弱的反应。
对比例2。
本对比例是实施例2的对比例,本对比例涉及一种镁合金,与实施例2不同之处仅在所述镁合金的均匀化热处理条件为500℃下14小时。
本对比例镁合金制造的构件可在室温下与水发生明显反应,对水稍许加热即可实现构件与水的快速反应。但力学性能不佳,只能达到:Rm≥240MPa,Rp0.2≥120MPa,A≥1%。
对比例3。
本对比例是实施例3的对比例,本对比例涉及一种镁合金,与实施例3不同之处仅在所述镁合金不进行热变形加工。
本对比例制造的构件可在室温下与水发生快速反应。但力学性能不佳,只能达到:Rm≥220MPa,Rp0.2≥100MPa,A≥0.5%。
以上对本发明的具体实施例和对比例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,在权利要求范围内做出的各种变形和修改,并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种与水发生可控反应的镁合金,其特征在于,包含组分及重量百分比为:Al7.0~10.0%,Zn0.5~1.5%,Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反应促进元素(MRAE)的总含量0.15~1.85%,Mg为余量,杂质元素Be、Zr、Ca的总重量百分比小于0.01%。
2.一种权利要求1所述与水发生可控反应的镁合金的构件制造方法,其特征在于,所述制造方法包含如下步骤:
预处理:按权利要求1所述重量百分比称取镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍、镓、铟等原材料,其中镁、铝、锌、铝硅中间合金、铜、铝铁中间合金、镍预热;
熔炼浇注:将预处理后的原材料均匀混合,熔炼;经覆盖、精炼处理后浇注,得到铸锭;
均匀化热处理:对所述铸锭在一定温度下保温一段时间;
热变形加工:对所述铸锭在一定温度下进行热变形加工,得到锻件或型材;
时效热处理:对所述锻件或型材在一定温度下保温一段时间。
3.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的镁合金的构件制造方法,其特征在于,预处理的步骤中,所述预热的温度为200℃,时间8小时。
4.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的镁合金的构件制造方法,其特征在于,熔炼浇注的步骤中,所述覆盖采用的覆盖剂为JDMF,所述精炼采用的精炼剂为JDMJ,所述的浇注温度为680~710℃。
5.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的镁合金的构件制造方法,其特征在于,均匀化热处理的步骤中,所述的保温条件为400~440℃下12~16小时。
6.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的镁合金的构件制造方法,其特征在于,热变形加工的步骤中,所述的热变形温度为320~370℃,总变形量为70%~95%。
7.根据权利要求2所述的与水发生可控反应的镁合金的构件制造方法,其特征在于,时效热处理的步骤中,所述的保温条件为160~180℃下20~40小时。
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