CN107267827B - 一种高强度镁铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明属于镁铝合金领域，特别涉及了一种高强度镁铝合金，按重量百分数计，包括以下原料：铝粉6.0～9.7％，锌粉0.40～0.95％，锰粉0.12～0.45％，铜粉0.03～0.05％，硅粉0.02～0.06％，铁粉0.005～0.008％，镍粉0.001～0.004％，铍粉0.001～0.003％，稀土化合物和硅酸钙的组装物0.001～0.003％，其余为镁粉。本发明制备的高强度的镁铝合金具有高强度，而且价格低廉，具有广大的市场推广价值。

Description

一种高强度镁铝合金
【技术领域】
本发明涉及镁铝合金领域，特别涉及一种高强度镁铝合金。
【背景技术】
镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金，其特点是：密度小、比强度高、比弹性模量大、散热好、消震性好、承受冲击载荷能力比铝合金大和耐有机物和碱的腐蚀性能好。镁合金主要的合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，主要应用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门，在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。
现行市场上的镁铝合金的制作成本较高，且其各个合金原料融合程度不够，影响后续的镁铝合金的力学性能特别是强度性能，致使镁铝合金容易磨损，进一步增加了产品的生产成本。因此，研究一种低成本且具有高强度、品质稳定可控的镁铝合金，具有广大的市场推广前景。
【发明内容】
本发明目的在于提供一种高强度镁铝合金，本发明通过制备稀土化合物和硅酸钙的组装物，并将其添加入镁铝合金中，促进镁铝合金各个原料的融合，加快熔融速度，进而提高各个原料的融合程度，进一步提高镁铝合金的强度。本发明制备的高强度镁铝合金不仅具有高强度，而且价格低廉，具有广大的市场推广价值。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高强度镁铝合金，按重量百分数计，包括以下原料：铝粉6.0～9.7％，锌粉0.40～0.95％，锰粉0.12～0.45％，铜粉0.03～0.05％，硅粉0.02～0.06％，铁粉0.005～0.008％，镍粉0.001～0.004％，铍粉0.001～0.003％，稀土化合物和硅酸钙的组装物0.001～0.003％，其余为镁粉。
在本发明中，作为进一步说明，所述的稀土化合物和硅酸钙的组装物由下述方法制备：按重量份数计，将100份稀土化合物和150～200份无水乙醇混合后，放入反应器中，用氨水溶液调节反应液的pH值为7.8～8.2，同时在温度为35～50℃、远红外线照射功率为300～500w和超声功率为1500～3000w的条件下，分三次加入50份硅酸钙粉末，搅拌反应2～3h，最后再经过转速为1000～2000r/min的离心分离后，将白色产物进行洗涤和干燥后，得到稀土化合物和硅酸钙的组装物。
在本发明中，作为进一步说明，所有原料的粒径均为纳米级。
在本发明中，作为进一步说明，所述的稀土化合物为稀土硫酸盐或稀土硝酸盐。
在本发明中，作为进一步说明，所述的氨水溶液的质量分数为10～15％。
在本发明中，作为进一步说明，所述的稀土为镧系稀土金属。
部分原料的功能介绍如下：
镁粉，在本发明中为镁铝合金的主要原料。
铝粉，在本发明中为镁铝合金的主要原料。
锌粉、锰粉、铜粉、硅粉、铁粉、镍粉和铍粉，在本发明中为镁铝合金的合金原材料。
稀土化合物和硅酸钙的组装物，在本发明中促进镁铝合金各个原料的高度融合。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用沉淀法制备的稀土化合物和硅酸钙的组装物具有高产率的优点。本发明先将稀土化合物溶于无水乙醇中，使稀土金属元素从固态转化成溶于溶液的离子；然后通过在pH值为7.8～8.2的碱性条件下，通过远红外线的活化作用，使溶液中的分子团吸收热能而转化成小分子团，加快了稀土化合物和硅酸钙之间的接触面积，提高了稀土化合物和硅酸钙组装物的生成率；于此同时，在超声波的作用下，能够使小分子团均匀振动和分散，不仅能够增加稀土化合物和硅酸钙的接触面，增加稀土化合物和硅酸钙组装物的生成率，还能够减小稀土化合物和硅酸钙组装物的粒径，有利于后续和镁铝合金中各个原料熔融步骤的进行。本发明所采用的各个技术手段相互配合、相互促进，所产生的总体效果远远高于单个技术手段所产生的效果的简单加和。
2.本发明采用的稀土化合物和硅酸钙的组装物能够加快镁铝合金在熔融处理中各个原料的高效熔融。稀土化合物和硅酸钙的组装物在高温条件下，稀土化合物能够高效的制备在735℃能够促进镁铝合金其它原料的融合，降低各个原料之间的作用力，提高各个原料的熔融效率，缩短了熔融处理所需的时间。
3.本发明的高强度镁铝合金较常用的镁铝合金的价格低10～20％，大幅降低了产品的生产成本，且所制备的镁铝合金的力学性能优异，特别是抗拉强度高达395～310MPa，远远高于常规的镁铝合金的强度，具有广大的市场推广价值。
【具体实施方式】
实施例1：
1.前期准备：
稀土化合物和硅酸钙的组装物的制备：将100g镧系稀土金属化合物和150g无水乙醇混合后，放入反应器中，用质量分数为10％的氨水溶液调节反应液的pH值为7.8，同时在温度为35℃、远红外线照射功率为300w和超声功率为1500w的条件下，分三次加入50份硅酸钙粉末，搅拌反应2h，最后再经过转速为1000r/min的离心分离后，将白色产物进行洗涤和干燥后，得到稀土化合物和硅酸钙的组装物。
经计算，稀土化合物和硅酸钙组装物的产率为45.8％。
将上述前期制备而得的物质用于下述高强度镁铝合金的制备上。
2.一种高强度镁铝合金的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：将934.418g镁粉、60g铝粉、4g锌粉、1.2g锰粉、0.3g铜粉、0.2g硅粉、0.05g铁粉、0.01g镍粉、0.01g铍粉和0.01g稀土硫酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以45℃/min的升温速度升温至500℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在6MPa的压力条件下活化10h，接着升温至735℃，进行熔融处理10h，得到熔融后的物料；所有原料的粒径均为纳米级；
(2)压铸成型：将熔融后的物料压射入压铸机中表面喷涂有水性脱模剂的模具内，然后在锁模力为700T、压射力为620T、一速为72％和二速为130％的条件下压射6s，冷却10s后，以开模速度为75％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
实施例2：
1.前期准备：
稀土化合物和硅酸钙的组装物的制备：将100g镧系稀土金属化合物和165g无水乙醇混合后，放入反应器中，用质量分数为13％的氨水溶液调节反应液的pH值为7.9，同时在温度为40℃、远红外线照射功率为350w和超声功率为2000w的条件下，分三次加入50份硅酸钙粉末，搅拌反应2.5h，最后再经过转速为1400r/min的离心分离后，将白色产物进行洗涤和干燥后，得到稀土化合物和硅酸钙的组装物。
经计算，稀土化合物和硅酸钙组装物的产率为46.3％。
将上述前期制备而得的物质用于下述高强度镁铝合金的制备上。
2.一种高强度镁铝合金的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：将927.255g镁粉、65g铝粉、5g锌粉、2g锰粉、0.35g铜粉、0.3g硅粉、0.06g铁粉、0.02g镍粉、0.02g铍粉和0.015g稀土硫酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以45℃/min的升温速度升温至500℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在6MPa的压力条件下活化10h，接着升温至735℃，进行熔融处理10h，得到熔融后的物料；
(2)压铸成型：将熔融后的物料压射入压铸机中表面喷涂有水性脱模剂的模具内，然后在锁模力为700T、压射力为620T、一速为72％和二速为130％的条件下压射6s，冷却10s后，以开模速度为75％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
实施例3：
1.前期准备：
稀土化合物和硅酸钙的组装物的制备：将100g镧系稀土金属化合物和170g无水乙醇混合后，放入反应器中，用质量分数为14％的氨水溶液调节反应液的pH值为8，同时在温度为42℃、远红外线照射功率为400w和超声功率为2200w的条件下，分三次加入50份硅酸钙粉末，搅拌反应3h，最后再经过转速为1300r/min的离心分离后，将白色产物进行洗涤和干燥后，得到稀土化合物和硅酸钙的组装物。
经计算，稀土化合物和硅酸钙组装物的产率为47.2％。
将上述前期制备而得的物质用于下述高强度镁铝合金的制备上。
2.一种高强度镁铝合金的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：将918.565g镁粉、72g铝粉、6g锌粉、2.5g锰粉、0.4g铜粉、0.4g硅粉、0.07g铁粉、0.03g镍粉、0.02g铍粉和0.015g稀土硫酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以45℃/min的升温速度升温至500℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在6MPa的压力条件下活化10h，接着升温至735℃，进行熔融处理10h，得到熔融后的物料；所有原料的粒径均为纳米级；
(2)压铸成型：将熔融后的物料压射入压铸机中表面喷涂有水性脱模剂的模具内，然后在锁模力为700T、压射力为620T、一速为72％和二速为130％的条件下压射6s，冷却10s后，以开模速度为75％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
实施例4：
1.前期准备：
稀土化合物和硅酸钙的组装物的制备：将100g镧系稀土金属化合物和180g无水乙醇混合后，放入反应器中，用质量分数为13％的氨水溶液调节反应液的pH值为8.1，同时在温度为39℃、远红外线照射功率为430w和超声功率为2200w的条件下，分三次加入50份硅酸钙粉末，搅拌反应2h，最后再经过转速为1500r/min的离心分离后，将白色产物进行洗涤和干燥后，得到稀土化合物和硅酸钙的组装物。
经计算，稀土化合物和硅酸钙组装物的产率为46.8％。
将上述前期制备而得的物质用于下述高强度镁铝合金的制备上。
2.一种高强度镁铝合金的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：将912.78g镁粉、75g铝粉、8g锌粉、3.5g锰粉、0.35g铜粉、0.25g硅粉、0.07g铁粉、0.03g镍粉、0.02g铍粉和0.02g稀土硫酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以45℃/min的升温速度升温至500℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在6MPa的压力条件下活化10h，接着升温至735℃，进行熔融处理10h，得到熔融后的物料；所有原料的粒径均为纳米级；
(2)压铸成型：将熔融后的物料压射入压铸机中表面喷涂有水性脱模剂的模具内，然后在锁模力为700T、压射力为620T、一速为72％和二速为130％的条件下压射6s，冷却10s后，以开模速度为75％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
实施例5：
1.前期准备：
稀土化合物和硅酸钙的组装物的制备：将100g镧系稀土金属化合物和190g无水乙醇混合后，放入反应器中，用质量分数为12％的氨水溶液调节反应液的pH值为7.9，同时在温度为45℃、远红外线照射功率为470w和超声功率为2000w的条件下，分三次加入50份硅酸钙粉末，搅拌反应2.5h，最后再经过转速为1800r/min的离心分离后，将白色产物进行洗涤和干燥后，得到稀土化合物和硅酸钙的组装物。
经计算，稀土化合物和硅酸钙组装物的产率为46.5％。
将上述前期制备而得的物质用于下述高强度镁铝合金的制备上。
2.一种高强度镁铝合金的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：将896.025g镁粉、90g铝粉、9g锌粉、4g锰粉、0.45g铜粉、0.4g硅粉、0.07g铁粉、0.02g镍粉、0.015g铍粉和0.02g稀土硫酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以45℃/min的升温速度升温至500℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在6MPa的压力条件下活化10h，接着升温至735℃，进行熔融处理10h，得到熔融后的物料；所有原料的粒径均为纳米级；
(2)压铸成型：将熔融后的物料压射入压铸机中表面喷涂有水性脱模剂的模具内，然后在锁模力为700T、压射力为620T、一速为72％和二速为130％的条件下压射6s，冷却10s后，以开模速度为75％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
实施例6：
1.前期准备：
稀土化合物和硅酸钙的组装物的制备：将100g镧系稀土金属化合物和200g无水乙醇混合后，放入反应器中，用质量分数为15％的氨水溶液调节反应液的pH值为8.2，同时在温度为50℃、远红外线照射功率为500w和超声功率为3000w的条件下，分三次加入50份硅酸钙粉末，搅拌反应3h，最后再经过转速为2000r/min的离心分离后，将白色产物进行洗涤和干燥后，得到稀土化合物和硅酸钙的组装物。
经计算，稀土化合物和硅酸钙组装物的产率为43.1％。
将上述前期制备而得的物质用于下述高强度镁铝合金的制备上。
2.一种高强度镁铝合金的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：将887.72g镁粉、97g铝粉、9.5g锌粉、4.5g锰粉、0.5g铜粉、0.6g硅粉、0.08g铁粉、0.04g镍粉、0.03g铍粉和0.03g稀土硫酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以45℃/min的升温速度升温至500℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在6MPa的压力条件下活化10h，接着升温至735℃，进行熔融处理10h，得到熔融后的物料；所有原料的粒径均为纳米级；
(2)压铸成型：将熔融后的物料压射入压铸机中表面喷涂有水性脱模剂的模具内，然后在锁模力为700T、压射力为620T、一速为72％和二速为130％的条件下压射6s，冷却10s后，以开模速度为75％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
对比例1：高强度镁铝合金的原料与实施例1基本相同，不同点在于：没有添加稀土化合物和硅酸钙的组装物。
对比例2：高强度镁铝合金的原料与实施例1基本相同，不同点在于：稀土化合物和硅酸钙的组装物的制备过程中的没有采用远红外线照射和超声处理的技术手段。
对比试验1：
动态熔融试验：动态熔融实验是指有差应力状态下的熔融实验，亦即伴随有变形过程的熔融实验，其应力状态为δ1≠δ2＝δ3，试验条件：温度为735℃、围压为100MPa、应变速率为2×10-5/s和时间为30min，动态熔融实验进行4次，检测对比例1-2与实施例1-6的方法制备镁铝合金的熔融程度，结果见表1。
对比试验2：
力学性能测试：将对比例1-2与实施例1-6的方法制备镁铝合金，检测镁铝合金的硬度、屈服度和抗拉强度，检测的具体操作步骤参考GB/T 15114-2009，结果见表2。
表1：
熔融程度
对比例1 25.6％
对比例2 36.9％
实施例1 39.8％
实施例2 40.5％
实施例3 40.2％
实施例4 39.6％
实施例5 40.2％
实施例6 40.4％
表1的结果表明：熔融程度的数值越高，说明该合金越容易进入熔融状态；对比例1中的熔融程度的数值最低，实施例2的熔融程度的数值最高，说明通过在原料中加入稀土化合物和硅酸钙的组装物，可以大幅提高镁铝合金之间各个金属成分的结合程度，更容易进入熔融状态，以便于加工。
表2：
硬度HRA 屈服度MPa 抗拉强度MPa
对比例1 40 73 133
对比例2 42 76 195
实施例1 52 99 295
实施例2 53 100 299
实施例3 55 103 310
实施例4 54 102 309
实施例5 53 101 305
实施例6 54 100 308
表2的结果表明：硬度越高，说明镁铝合金的力学性能越好，对比例1的硬度最低，实施例3的硬度最高，说明通过采用稀土化合物和硅酸钙的组装物，可以大幅提高镁铝合金之间各个金属成分的结合程度，提高镁铝合金的硬度；
屈服度越高，说明镁铝合金的力学性能越好，对比例2的屈服度最低，实施例3的屈服度最高，说明通过采用稀土化合物和硅酸钙的组装物，可以大幅提高镁铝合金的屈服度；
抗拉强度越高，说明镁铝合金的力学性能越好，对比例1的抗拉强度最低，实施例3的抗拉强度最高，说明通过采用稀土化合物和硅酸钙的组装物，可以大幅提高镁铝合金的抗拉强度。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (5)

1.一种高强度镁铝合金，其特征在于：按重量百分数计，包括以下原料：铝粉6.0～9.7％，锌粉0.40～0.95％，锰粉0.12～0.45％，铜粉0.03～0.05％，硅粉0.02～0.06％，铁粉0.005～0.008％，镍粉0.001～0.004％，铍粉0.001～0.003％，稀土化合物和硅酸钙的组装物0.001～0.003％，其余为镁粉；
其中，所述的稀土化合物和硅酸钙的组装物由下述方法制备：按重量份数计，将100份稀土化合物和150～200份无水乙醇混合后，放入反应器中，用氨水溶液调节反应液的pH值为7.8～8.2，同时在温度为35～50℃、远红外线照射功率为300～500w和超声功率为1500～3000w的条件下，分三次加入50份硅酸钙粉末，搅拌反应2～3h，最后再经过转速为1000～2000r/min的离心分离后，将白色产物进行洗涤和干燥后，得到稀土化合物和硅酸钙的组装物；
上述高强度镁铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：将所述镁粉、铝粉、锌粉、锰粉、铜粉、硅粉、铁粉、镍粉、铍粉和稀土硫酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以45℃/min的升温速度升温至500℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在6MPa的压力条件下活化10h，接着升温至735℃，进行熔融处理10h，得到熔融后的物料；所有原料的粒径均为纳米级；
(2)压铸成型：将熔融后的物料压射入压铸机中表面喷涂有水性脱模剂的模具内，然后在锁模力为700T、压射力为620T、一速为72％和二速为130％的条件下压射6s，冷却10s后，以开模速度为75％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
2.根据权利要求1所述的一种高强度镁铝合金，其特征在于：所有原料的粒径均为纳米级。
3.根据权利要求1所述的一种高强度镁铝合金，其特征在于：所述的稀土化合物为稀土硫酸盐或稀土硝酸盐。
4.根据权利要求1所述的一种高强度镁铝合金，其特征在于：所述的氨水溶液的质量分数为10～15％。
5.根据权利要求1所述的一种高强度镁铝合金，其特征在于：所述的稀土为镧系稀土金属。
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Denomination of invention: A high-strength magnesium aluminum alloy

Effective date of registration: 20230331

Granted publication date: 20181228

Pledgee: China Construction Bank Corporation Yulin Branch

Pledgor: GUANGXI QINGDA AUTO PARTS CO.,LTD.

Registration number: Y2023450000046

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