專利名稱：耐熱阻燃壓鑄鎂合金及其熔煉鑄造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種壓鑄鎂合金及其熔煉鑄造工藝，尤其涉及一種具有高的高溫強(qiáng)度和阻燃性能的鎂合金及其熔煉鑄造工藝，屬于金屬材料或冶金技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有技術(shù)中的鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中最輕的結(jié)構(gòu)材料，它具有比重輕，比強(qiáng)度、比剛度高，阻尼性能、切削性能好等優(yōu)點(diǎn)。由于鎂的化學(xué)性質(zhì)極其活潑，在鎂合金的熔煉和加工過程中極易劇烈氧化并導(dǎo)致燃燒，因此其生產(chǎn)必須在熔劑或者氣體保護(hù)條件下進(jìn)行。由于熔劑主要成份為氯鹽和氟鹽，在使用過程中會(huì)產(chǎn)生Cl2、HCl和HF等有毒氣體，造成環(huán)境污染；同時(shí)熔劑殘留在合金中還會(huì)導(dǎo)致合金強(qiáng)度下降和腐蝕合金。而氣體保護(hù)則使生產(chǎn)設(shè)備和工藝復(fù)雜，也會(huì)造成環(huán)境污染以及腐蝕生產(chǎn)設(shè)備。另一方面，常用Mg-Al-Zn系壓鑄鎂合金AZ91雖然具有優(yōu)異的壓鑄性能，但是只能在低于100℃的溫度下使用，從而限制了合金的應(yīng)用。現(xiàn)存的耐熱鎂合金，如AZ42、ZE41、EZ33等，雖然具有很高的高溫強(qiáng)度，但是鑄造性能差，不能使用壓鑄這一鎂合金鑄件最為常用的成型工藝。鑒于以上原因，人們一直希望找到一種合金，它在熔煉過程中可以阻燃，同時(shí)還具有優(yōu)異的壓鑄性能。美國專利(4543234)所定義的鎂合金雖然能夠大大提高熔化狀態(tài)下的抗氧化性能，但仍舊需要采取保護(hù)措施才能熔煉和澆鑄，并且該合金還不具備高的高溫性能。經(jīng)過多次的文獻(xiàn)檢索，至今沒有發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異的阻燃性能、耐熱性能和壓鑄性能相結(jié)合的鎂合金。
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種具有高的高溫強(qiáng)度、阻燃壓鑄鎂合金及其熔煉鑄造工藝。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下不使用任何保護(hù)措施，在大氣中直接熔煉時(shí)，通過在鎂熔液中加入一定的阻燃合金和強(qiáng)化元素并采取相應(yīng)的工藝方法，使鎂合金表面生成一種致密的氧化保護(hù)膜，阻止鎂在熔煉過程中的燃燒。由于Be、Ca對合金阻燃性能的提高，Al、Ca對合金力學(xué)性能和鑄造性能的有益作用，以及各種合金元素的合理搭配，使得同AZ91相比具有更高的高溫強(qiáng)度(150℃)。最終獲得了能夠在大氣中直接進(jìn)行熔煉、適合于壓鑄生產(chǎn)，能夠在150℃的高溫下使用的鎂合金及其熔煉鑄造工藝。本發(fā)明包括兩部分內(nèi)容本發(fā)明的成份配方(重量百分比)7.5～9.5％Al，0.3～1.0％Zn，0.05～0.5％Mn，0.01～0.15％Be，0.1～1.5％Ca，0.01～0.5％Sr，雜質(zhì)元素Si≤0.02％，F(xiàn)e≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余為Mg。
本發(fā)明的熔煉和鑄造工藝為在大氣中直接熔煉的條件下，將工業(yè)純鎂加入到刷過涂料的干燥的坩堝當(dāng)中，在爐底撒少許覆蓋劑，鎂完全熔化之后，650℃左右加入阻燃合金和強(qiáng)化元素Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr。其中Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr分別以工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅、Al-Mn中間合金、Al-Be中間合金、工業(yè)純鈣、Al-Sr中間合金的形式加入。待合金元素全部溶解之后，用工具攪拌使其混合均勻繼續(xù)升高溫度至730～760℃，對合金液進(jìn)行精煉10～20分鐘(可采用精煉劑或者其他精煉方法)，然后靜置20分鐘，撈去表面浮渣后進(jìn)行壓鑄。壓鑄可以采用手工或者機(jī)械手在冷室壓鑄機(jī)上壓鑄，也可以在熱室壓鑄機(jī)上壓鑄而不需其他阻燃措施。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，直接暴露在大氣的條件下，可以實(shí)現(xiàn)不需要其他阻燃保護(hù)措施直接熔煉，合金液溫度達(dá)到760℃時(shí)液面也不會(huì)出現(xiàn)燃燒點(diǎn)；可以在冷/熱室壓鑄機(jī)上直接進(jìn)行壓鑄而不必采取其他阻燃措施；合金室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率分別大于150MPa、90MPa、1.5％，150℃溫度下抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率分別大于140MPa、110MPa、5.1％。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1合金成份(重量百分比)9.0％Al，0.5％Zn，0.1％Mn，0.05％Be，0.5％Ca、0.1％Sr，雜質(zhì)元素Si≤0.02％，F(xiàn)e≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余為Mg。
按照上述成份配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂15公斤，同時(shí)撒少量覆蓋劑在坩堝底部，合金完全熔化后，先后加入純Al 834克、純Ca 84克、純Zn 84克、Al-5Be合金167克、Al-10Sr合金167克、Al-10Mn合金167克，溶解后充分?jǐn)嚢韬辖鹨?，繼續(xù)升溫到730℃時(shí)用精煉劑精煉10分鐘，撈去表面浮渣，液面沒有出現(xiàn)任何燃燒點(diǎn)，然后保溫靜置20分鐘，用澆勺舀取合金液在400噸冷室壓鑄機(jī)上進(jìn)行壓鑄。常溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率分別為161MPa、101MPa、3％，150℃抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率分別為150MPa、110MPa、5.6％，壓鑄過程充型良好。
實(shí)施例2合金成份(重量百分比)7.5％Al，0.8％Zn，0.4％Mn，0.1％Be，1.0％Ca、0.1％Sr，雜質(zhì)元素Si≤0.02％，F(xiàn)e≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余為Mg。
按照上述成份配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂15公斤，同時(shí)撒少量覆蓋劑在坩堝底部，合金完全熔化后，先后加入純Al 182克、純Ca 167克、純Zn 133克、Al-5Be合金333克、Al-10Sr合金167克、Al-10Mn合金666克，溶解后充分?jǐn)嚢韬辖鹨?，繼續(xù)升溫到740℃時(shí)用精煉劑精煉10分鐘，撈去表面浮渣，液面沒有出現(xiàn)任何燃燒點(diǎn)，然后保溫靜置20分鐘，用澆勺舀取合金液在400噸冷室壓鑄機(jī)上進(jìn)行壓鑄。本實(shí)施例的鎂合金常溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率分別為163MPa、97MPa、1.8％，在150℃溫度下抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率分別為150MPa、115MPa、4.3％，壓鑄過程充型良好。
實(shí)施例3合金成份(重量百分比)8.0％Al，0.5％Zn，0.3％Mn，0.15％Be，0.5％Ca、0.1％Sr，雜質(zhì)元素Si≤0.02％，F(xiàn)e≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余為Mg。
按照上述成份配置合金，在電阻坩堝爐中加入工業(yè)純鎂15公斤，同時(shí)撒少量覆蓋劑在坩堝底部，合金完全熔化后，先后加入純Al 256克、純Ca 83克、純Zn 83克、Al-5Be合金498克、Al-10Sr合金167克、Al-10Mn合金498克，溶解后充分?jǐn)嚢韬辖鹨?，繼續(xù)升溫到740℃時(shí)用精煉劑精煉10分鐘，撈去表面浮渣，液面沒有出現(xiàn)任何燃燒點(diǎn)，然后保溫靜置20分鐘，用澆勺舀取合金液在400噸冷室壓鑄機(jī)上進(jìn)行壓鑄。此例的鎂合金常溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率分別為165MPa、104MPa、2.1％，150℃抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率分別為143MPa、110MPa、4.8％，壓鑄過程充型良好。
權(quán)利要求
1.一種耐熱阻燃壓鑄鎂合金，組分包括Al、Zn、Mn，其特征在于還包括Be、Ca、Sr，成份配方為7.5～9.5％Al，0.3～1.0％Zn，0.05～0.5％Mn，0.01～0.15％Be，0.1～1.5％Ca，0.01～0.5％Sr，雜質(zhì)元素Si≤0.02％，F(xiàn)e≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余為Mg。
2.一種耐熱阻燃壓鑄鎂合金的熔煉鑄造工藝，其特征在于可以直接暴露在大氣中熔煉，工藝過程為將工業(yè)純鎂加入到刷過涂料的干燥的坩堝當(dāng)中，在爐底撒少許覆蓋劑，鎂完全熔化之后，650℃左右加入阻燃合金和強(qiáng)化元素Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr，待合金元素全部溶解之后攪拌混合均勻，繼續(xù)升高溫度至730～760℃，對合金液進(jìn)行精煉10～20分鐘，然后靜置20分鐘，撈去表面浮渣后進(jìn)行壓鑄。
3.一種如權(quán)利要求2所說的耐熱阻燃壓鑄鎂合金的熔煉鑄造工藝，其特征在于所說的Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr分別以工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋅、Al-Mn中間合金、Al-Be中間合金、工業(yè)純鈣、Al-Sr中間合金的形式加入。
4.一種如權(quán)利要求2所說的耐熱阻燃壓鑄鎂合金的熔煉鑄造工藝，其特征在于所說的壓鑄可以采用手工或者機(jī)械手在冷室壓鑄機(jī)上壓鑄，也可以在熱室壓鑄機(jī)上壓鑄而不需其他阻燃措施。
全文摘要
一種耐熱阻燃壓鑄鎂合金及其熔煉鑄造工藝,通過在鎂溶液中加入Al、Zn、Mn,Be、Ca、Sr等阻燃合金和強(qiáng)化元素,對合金液進(jìn)行精煉、靜置去浮渣后進(jìn)行壓鑄,使鎂合金表面生成一種致密的氧化保護(hù)膜,阻止鎂在熔煉過程中的燃燒,可不需要阻燃保護(hù)措施而在大氣中直接進(jìn)行熔煉,直接在冷/熱室壓鑄機(jī)上進(jìn)行壓鑄。本發(fā)明產(chǎn)生的鎂合金具有優(yōu)異的阻燃性、耐熱性和壓鑄性能。
文檔編號B22D21/00GK1266105SQ00115299
公開日2000年9月13日 申請日期2000年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月29日
發(fā)明者曾小勤, 丁文江, 王渠東, 盧晨 申請人:上海交通大學(xué)