CN107267828A - 一种镁铝合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种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：将镁粉、铝粉、锌粉、锰粉、铜粉、硅粉、铁粉、镍粉、铍粉和稀土化合物和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，升温至500～550℃，使物料在3～10MPa的压力条件下活化10～12h，接着升温至730～750℃，进行熔融处理8～10h，得到熔融后的物料；(2)压铸成型：采用二级射料的方式，将熔融后的物料压射入压铸机中表面喷涂有脱模剂的模具内，得到镁铝合金成品。本发明公开的镁铝合金制备方法中的物料来源广泛、价格低廉，能大幅降低加工成本，且制备的镁铝合金还具有优异的力学性能，大大拓展了镁铝合金的应用市场，具有广大的推广前景。

Description

一种镁铝合金的制备方法
【技术领域】
本发明涉及镁铝合金领域，特别涉及一种镁铝合金的制备方法。
【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，且常规方法为使用中低温活化技术制备镁铝合金，其各个合金原料活化程度不够，影响后续的熔融处理步骤，进而影响镁铝合金的力学性能，致使镁铝合金容易磨损，进一步增加了产品的生产成本。且在镁铝合金在熔融过程中产生的晶相受挤压程度各异，不能稳定控制晶相之间的作用力，进一步影响了镁铝合金的力学性能。因此，研究一种低成本且力学性能优异、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镁铝合金的制备方法，本发明先对原料进行500～550℃的高温处理，能够对物料进行高效活化；然后在高压环境中，原料中添加稀土化合物和硅酸钙的组装物和在730～750℃高温下的技术手段进行熔融处理，能够物料熔融时间缩短至8～10h；最后采用二级射料的方式进行压铸成型。本发明能够将镁铝合金中的各个原料进行高效活化处理，促进后续的熔融处理步骤的进行，提高镁铝合金的力学性能；还能够控制原料的固熔技术，进一步提高镁铝合金的力学性能。本发明公开的镁铝合金制备方法中的物料来源广泛、价格低廉，能大幅降低加工成本，且制备的镁铝合金还具有优异的力学性能，大大拓展了镁铝合金的应用市场，具有广大的推广前景。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种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：按重量份数计，将900份镁粉、60～100份铝粉、4～9份锌粉、1.2～4.5份锰粉、0.3～0.5份铜粉、0.2～0.6份硅粉、0.05～0.08份铁粉、0.01～0.04份镍粉、0.01～0.03份铍粉和0.01～0.03份稀土化合物和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以40～60℃/min的升温速度升温至500～550℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在3～10MPa的压力条件下活化10～12h，接着升温至730～750℃，进行熔融处理8～10h，得到熔融后的物料；
(2)压铸成型：采用二级射料的方式，将熔融后的物料压射入压铸机中表面喷涂有脱模剂的模具内，然后在锁模力为700～800T、压射力为600～630T、一速为70～80％和二速为125～140％的条件下压射5～8s，冷却8～12s后，以开模速度为75～85％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
在本发明中，作为进一步说明，步骤(2)所述的脱模剂喷涂在模具内的具体方法为：将模具安装在雾化喷涂设备内，使模具与电子脉冲空气助力雾化型喷嘴之间的距离为100～250mm，打开双线性激光光源，设定电子脉冲空气助力雾化型喷嘴的开关频率为10Hz、电子脉冲空气助力雾化型喷嘴打开的时间比为60％，最后将脱模剂传输至电子脉冲空气助力雾化型喷嘴中，在喷涂流量为55～65ml/min、气压为0.2～0.25MPa和液压为0.16～0.18M的条件下对模具进行脉冲雾化喷涂2s。
在本发明中，作为进一步说明，所述的激光光源的波长为1350nm。
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，所述的稀土化合物和硅酸钙的组装物的粒径为纳米级。
在本发明中，作为进一步说明，步骤(2)所述的脱模剂为水性脱模剂。
部分原料的功能介绍如下：
镁粉，在本发明中用作制备镁铝合金的主要原料。
铝粉，在本发明中用作制备镁铝合金的主要原料。
锌粉、锰粉、铜粉、硅粉、铁粉、镍粉和铍粉，在本发明中用作制备镁铝合金的合金材料。
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.本发明采用高温、高压条件，对镁铝合金中的各个原料进行充分活化，使各个原料能够均匀分散，活化程度提高，有利于后续进行的熔融处理步骤，进而提高镁铝合金的力学性能。本发明采用在500～550℃的高温和3～10MPa的高压的技术条件下对各个原料进行活化处理，能够利用外部高热和高压的条件，使各个原料内部的分子结构由于吸收热能而受到激发，进而使分子受到高效活化，产生的活化效果远远高于常用的在300～400℃下进行活化处理的技术手段所产生的效果，能为后续进行的熔融处理提供铺垫，促进熔融处理时间的缩短，进而有利于实现镁铝合金力学性能的提高。本发明在活化处理过程中所采用的各个技术手段相互作用、相互配合、层层递进，能够共同提高镁铝合金的力学性能，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。本发明采用的稀土化合物和硅酸钙的组装物在730～750℃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.本发明采用激光光源照射条件下进行电子脉冲雾化喷涂的技术手段，能够显著降低界面的温度差，减少脱模剂的剥离力，进而调高脱模效率。本发明在常压条件下采用激光光源照射，利用激光光源的发散度小、集中度高和功率高的优点，将激光的光波和电子脉冲空气助力雾化型喷嘴中的脉冲光共同作用，能在极短的时间内以极快的速度产生脉冲喷涂，实现喷-停-喷-停的工作方式进行喷涂，能够避免连续喷涂中脱模剂与模具表面之间的巨大的温度差所产生的附着力降低、剥离力提高的现象；且电子脉冲空气助力雾化型喷嘴中的雾化***能够实现对模具表面均匀化喷涂，高效控制喷涂的厚度，达到控制喷涂品质的效果。
4.本发明制备的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，具有广泛的市场推广价值。
【具体实施方式】
实施例1：
一种镁铝合金的制备方法的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：按重量份数计，将900份镁粉、60份铝粉、4份锌粉、1.2份锰粉、0.3份铜粉、0.2份硅粉、0.05份铁粉、0.01份镍粉、0.01份铍粉和0.01份纳米级稀土硫酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以40℃/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3MPa的压力条件下活化10h，接着升温至730℃，进行熔融处理8h，得到熔融后的物料；
(2)压铸成型：先将模具安装在雾化喷涂设备内，使模具与电子脉冲空气助力雾化型喷嘴之间的距离为100mm，打开波长均为1350nm的双线性激光光源，设定电子脉冲空气助力雾化型喷嘴的开关频率为10Hz、电子脉冲空气助力雾化型喷嘴打开的时间比为60％，最后将水性脱模剂传输至电子脉冲空气助力雾化型喷嘴中，在喷涂流量为55ml/min、气压为0.2MPa和液压为0.16M的条件下对模具进行脉冲雾化喷涂2s，得到表面喷涂有水性脱模剂的模具；然后采用二级射料的方式，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600T、一速为70％和二速为125％的条件下压射5s，冷却8s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：
一种镁铝合金的制备方法的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：按重量份数计，将900份镁粉、70份铝粉、5份锌粉、2份锰粉、0.35份铜粉、0.3份硅粉、0.06份铁粉、0.02份镍粉、0.015份铍粉和0.02份纳米级稀土硝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520℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在5MPa的压力条件下活化10.5h，接着升温至735℃，进行熔融处理9h，得到熔融后的物料；
(2)压铸成型：先将模具安装在雾化喷涂设备内，使模具与电子脉冲空气助力雾化型喷嘴之间的距离为150mm，打开波长均为1350nm的双线性激光光源，设定电子脉冲空气助力雾化型喷嘴的开关频率为10Hz、电子脉冲空气助力雾化型喷嘴打开的时间比为60％，最后将水性脱模剂传输至电子脉冲空气助力雾化型喷嘴中，在喷涂流量为56ml/min、气压为0.22MPa和液压为0.17M的条件下对模具进行脉冲雾化喷涂2s，得到表面喷涂有水性脱模剂的模具；然后采用二级射料的方式，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735T、压射力为610T、一速为75％和二速为128％的条件下压射6s，冷却10s后，以开模速度为79％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
实施例3：
一种镁铝合金的制备方法的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：按重量份数计，将900份镁粉、80份铝粉、6份锌粉、3.2份锰粉、0.4份铜粉、0.5份硅粉、0.07份铁粉、0.02份镍粉、0.02份铍粉和0.02份纳米级稀土硫酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以50℃/min的升温速度升温至510℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在7MPa的压力条件下活化10.5h，接着升温至735℃，进行熔融处理9.5h，得到熔融后的物料；
(2)压铸成型：先将模具安装在雾化喷涂设备内，使模具与电子脉冲空气助力雾化型喷嘴之间的距离为175mm，打开波长均为1350nm的双线性激光光源，设定电子脉冲空气助力雾化型喷嘴的开关频率为10Hz、电子脉冲空气助力雾化型喷嘴打开的时间比为60％，最后将水性脱模剂传输至电子脉冲空气助力雾化型喷嘴中，在喷涂流量为60ml/min、气压为0.21MPa和液压为0.17M的条件下对模具进行脉冲雾化喷涂2s，得到表面喷涂有水性脱模剂的模具；然后采用二级射料的方式，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760T、压射力为620T、一速为77％和二速为130％的条件下压射7s，冷却9s后，以开模速度为78％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
实施例4：
一种镁铝合金的制备方法的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：按重量份数计，将900份镁粉、90份铝粉、8份锌粉、2份锰粉、0.42份铜粉、0.3份硅粉、0.06份铁粉、0.02份镍粉、0.015份铍粉和0.015份纳米级稀土硝酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以52℃/min的升温速度升温至540℃，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11h，接着升温至740℃，进行熔融处理9h，得到熔融后的物料；
(2)压铸成型：先将模具安装在雾化喷涂设备内，使模具与电子脉冲空气助力雾化型喷嘴之间的距离为150mm，打开波长均为1350nm的双线性激光光源，设定电子脉冲空气助力雾化型喷嘴的开关频率为10Hz、电子脉冲空气助力雾化型喷嘴打开的时间比为60％，最后将水性脱模剂传输至电子脉冲空气助力雾化型喷嘴中，在喷涂流量为63ml/min、气压为0.24MPa和液压为0.165M的条件下对模具进行脉冲雾化喷涂2s，得到表面喷涂有水性脱模剂的模具；然后采用二级射料的方式，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745T、压射力为620T、一速为74％和二速为132％的条件下压射6s，冷却11s后，以开模速度为82％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
实施例5：
一种镁铝合金的制备方法的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：按重量份数计，将900份镁粉、80份铝粉、6份锌粉、3.3份锰粉、0.35份铜粉、0.5份硅粉、0.06份铁粉、0.025份镍粉、0.02份铍粉和0.02份纳米级稀土硫酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以49℃/min的升温速度升温至515℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在8MPa的压力条件下活化11h，接着升温至745℃，进行熔融处理8.5h，得到熔融后的物料；
(2)压铸成型：先将模具安装在雾化喷涂设备内，使模具与电子脉冲空气助力雾化型喷嘴之间的距离为200mm，打开波长均为1350nm的双线性激光光源，设定电子脉冲空气助力雾化型喷嘴的开关频率为10Hz、电子脉冲空气助力雾化型喷嘴打开的时间比为60％，最后将水性脱模剂传输至电子脉冲空气助力雾化型喷嘴中，在喷涂流量为61ml/min、气压为0.24MPa和液压为0.17M的条件下对模具进行脉冲雾化喷涂2s，得到表面喷涂有水性脱模剂的模具；然后采用二级射料的方式，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750T、压射力为625T、一速为76％和二速为137％的条件下压射6s，冷却9s后，以开模速度为80％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
实施例6：
一种镁铝合金的制备方法的制备，包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：按重量份数计，将900份镁粉、100份铝粉、9份锌粉、4.5份锰粉、0.5份铜粉、0.6份硅粉、0.08份铁粉、0.04份镍粉、0.03份铍粉和0.03份纳米级稀土硝酸盐和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以60℃/min的升温速度升温至550℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在10MPa的压力条件下活化12h，接着升温至750℃，进行熔融处理10h，得到熔融后的物料；
(2)压铸成型：先将模具安装在雾化喷涂设备内，使模具与电子脉冲空气助力雾化型喷嘴之间的距离为250mm，打开波长均为1350nm的双线性激光光源，设定电子脉冲空气助力雾化型喷嘴的开关频率为10Hz、电子脉冲空气助力雾化型喷嘴打开的时间比为60％，最后将水性脱模剂传输至电子脉冲空气助力雾化型喷嘴中，在喷涂流量为65ml/min、气压为0.25MPa和液压为0.18M的条件下对模具进行脉冲雾化喷涂2s，得到表面喷涂有水性脱模剂的模具；然后采用二级射料的方式，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800T、压射力为630T、一速为80％和二速为140％的条件下压射8s，冷却12s后，以开模速度为85％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
对比例1：镁铝合金的制备方法的原料与实施例1基本相同，不同点在于：步骤(1)中没有采用稀土化合物和硅酸钙的组装物。
对比例2：镁铝合金的制备方法的原料与实施例1基本相同，不同点在于：步骤(1)中的活化条件为：升温至300～400℃下活化20～24h。
对比例3：镁铝合金的制备方法的原料与实施例1基本相同，不同点在于：步骤(2)中脱模剂喷涂模具的方式为连续喷涂2s。
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1-3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1-3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。
对比试验3：
剥离试验：采用济南蓝光机电技术有限公司生产的BLD-200N型电子剥离试验机进行剥离试验，将对比例1-3与实施例1-6的方法将脱模剂喷涂在表面处理干净的模具上，室温下放置30分钟，然后将其固定在电子剥离试验机上，设定剥离程序后，用标准压敏胶粘带以25mm/min的速度做180°剥离试验，对脱模剂脱模次数以及脱模时受力情况进行分析，结果见表3。
表1：
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4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 45 79 156
对比例2 48 75 190
对比例3 50 94 245
实施例1 51 100 307
实施例2 53 99 300
实施例3 54 101 299
实施例4 55 102 295
实施例5 53 98 296
实施例6 54 99 305
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4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4的屈服度最高，说明通过采用本发明所采用的高温的活化的技术手段，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1的抗拉强度最高，说明通过采用本发明所采用的高温的活化的技术手段，可以大幅提高镁铝合金的抗拉强度。
表3：
剥离次数 剥离力N/cm
对比例1 18 2.3
对比例2 19 2.2
对比例3 11 3.6
实施例1 26 1.9
实施例2 27 2.0
实施例3 29 1.9
实施例4 31 1.8
实施例5 28 1.9
实施例6 26 2.0
表3的结果表明：剥离的次数越多，说明脱模剂喷涂的效果越好；对比例3的剥离次数最少，实施例4的剥离次数最多，说明通过脉冲雾化喷涂的技术手段，能够明显提高模具的剥离次数，降低脱模剂的使用成本；
剥离力越小，说明脱模剂剥离模具所需的力气越小，镁铝合金越容易从模具中剥离出来；对比例3的剥离力最大，实施例4的剥离力最小，说明通过脉冲雾化喷涂的技术手段，能够明显提高模具的剥离效率。
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 (6)

1.一种镁铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)活化处理及熔融处理：按重量份数计，将900份镁粉、60～100份铝粉、4～9份锌粉、1.2～4.5份锰粉、0.3～0.5份铜粉、0.2～0.6份硅粉、0.05～0.08份铁粉、0.01～0.04份镍粉、0.01～0.03份铍粉和0.01～0.03份稀土化合物和硅酸钙的组装物放入熔炼设备中，以40～60℃/min的升温速度升温至500～550℃，然后往熔炼设备中通入惰性气体，使物料在3～10MPa的压力条件下活化10～12h，接着升温至730～750℃，进行熔融处理8～10h，得到熔融后的物料；
(2)压铸成型：采用二级射料的方式，将熔融后的物料压射入压铸机中表面喷涂有脱模剂的模具内，然后在锁模力为700～800T、压射力为600～630T、一速为70～80％和二速为125～140％的条件下压射5～8s，冷却8～12s后，以开模速度为75～85％的条件进行开模，得到镁铝合金成品。
2.根据权利要求1所述的一种镁铝合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的脱模剂喷涂在模具内的具体方法为：将模具安装在雾化喷涂设备内，使模具与电子脉冲空气助力雾化型喷嘴之间的距离为100～250mm，打开双线性激光光源，设定电子脉冲空气助力雾化型喷嘴的开关频率为10Hz、电子脉冲空气助力雾化型喷嘴打开的时间比为60％，最后将脱模剂传输至电子脉冲空气助力雾化型喷嘴中，在喷涂流量为55～65ml/min、气压为0.2～0.25MPa和液压为0.16～0.18M的条件下对模具进行脉冲雾化喷涂2s。
3.根据权利要求2所述的一种镁铝合金的制备方法，其特征在于：所述的激光光源的波长为1350nm。
4.根据权利要求1所述的一种镁铝合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的稀土化合物为稀土硫酸盐或稀土硝酸盐。
5.根据权利要求1所述的一种镁铝合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的稀土化合物和硅酸钙的组装物的粒径为纳米级。
6.根据权利要求1所述的一种镁铝合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的脱模剂为水性脱模剂。
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