本發(fā)明涉及的是一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的鎂合金,具體是一種與水發(fā)生可控反應(yīng)的鎂合金及其構(gòu)件的制造方法。
背景技術(shù):
鎂合金具有電極電位低的特點,除在含部分離子溶液條件下表面發(fā)生鈍化外,鎂合金的化學(xué)性質(zhì)較為活潑。另一方面,鎂合金可通過合金化實現(xiàn)較高的比強度。利用鎂合金的這兩個特點,可將鎂合金制成構(gòu)件,應(yīng)用于特定的工業(yè)領(lǐng)域。
鎂合金的化學(xué)性質(zhì)雖然較為活潑,但在常溫下,鎂與水的反應(yīng)速度極其微弱,主要原因在于反應(yīng)生成的氫氧化鎂可阻止鎂與水的進一步反應(yīng),即使加熱至沸騰,也只能觀測到較為緩慢的反應(yīng)。由于在一定溫度范圍內(nèi),常規(guī)鎂合金與水的反應(yīng)速率偏低,且可控范圍較窄,因此無法滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。通過合金化方法,提高鎂合金與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速率,是拓展鎂合金在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的一項關(guān)鍵技術(shù)。
目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報道,也尚未搜索到國內(nèi)外類似的資料。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有鎂合金材料的不足,提供一種與水發(fā)生快速可控反應(yīng)的鎂合金及其構(gòu)件的制造方法。所述的鎂合金添加Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進元素(MRAE),這些元素與鎂形成的相可在鎂與水反應(yīng)過程破壞氫氧化鎂的連續(xù)性,嚴格控制Be、Zr、Ca等元素,從而達到促進鎂與水反應(yīng)的效果。在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)控合金化元素比例,可相應(yīng)調(diào)控鎂合金與水的反應(yīng)速率,從而使鎂合金滿足在特殊工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
第一方面:本發(fā)明提供一種與水發(fā)生可控反應(yīng)的鎂合金,包含組分及重量百分比為:Al7.0~10.0%,Zn0.5~1.5%,Si、Cu、Fe、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進元素(MRAE)的總含量0.15~1.85%,Mg為余量,雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。
第二方面,本發(fā)明提供一種所述鎂合金的構(gòu)件制造方法,所述制造方法具體包含如下步驟。
預(yù)處理:按重量百分比稱取鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料,其中鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳預(yù)熱。
熔煉澆注:將預(yù)處理后的原材料均勻混合,熔煉;經(jīng)覆蓋、精煉處理后澆注,得到鑄錠。
均勻化熱處理:對所述鑄錠在一定溫度下保溫一段時間。
熱變形加工:對所述鑄錠在一定溫度下進行熱變形加工,得到鍛件或型材。
時效熱處理:對所述鍛件或型材在一定溫度下保溫一段時間。
優(yōu)選地,預(yù)處理的步驟中,所述預(yù)熱的溫度為200℃,時間8小時。
優(yōu)選地,熔煉澆注的步驟中,所述覆蓋采用的覆蓋劑為JDMF,所述精煉采用的精煉劑為JDMJ,所述的澆注溫度為680~710℃。
優(yōu)選地,均勻化熱處理的步驟中,所述的保溫條件為400~440℃下12~16小時。
優(yōu)選地,熱變形加工步驟中,所述的熱變形溫度為320~370℃,總變形量為70%~95%。
優(yōu)選地,時效熱處理步驟中,所述的保溫條件為160~180℃下20~40小時。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,采用本發(fā)明所述鎂合金制造的構(gòu)件,在具備常規(guī)鎂合金構(gòu)件力學(xué)性能的同時,可在室溫或加熱時與水發(fā)生較快的可控反應(yīng),適合應(yīng)用于對結(jié)構(gòu)材料有環(huán)保降解需求的工業(yè)領(lǐng)域。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施,給出了詳細的實施方式和過程,但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1。
制造重量百分比為Mg-7.0%Al-0.5%Zn-0.15%MRAE的鎂合金構(gòu)件,Mg為余量,雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。包括以下步驟。
預(yù)處理步驟:按重量百分比稱取鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料,其中鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時。
熔煉澆注步驟:推薦采用坩堝電阻爐熔煉,加入覆蓋劑JDMF進行覆蓋、精煉劑JDMJ進行精煉處理,使各合金成分均勻混合,去除夾雜物,在680℃澆注,得到鑄錠。
均勻化熱處理步驟:在400℃對鑄錠進行均勻化熱處理,處理時間為12小時。
熱變形加工步驟:在320℃對鑄錠進行擠壓加工,總變形量為95%,得到擠壓型材。
時效熱處理步驟:在160℃下對擠壓型材進行時效熱處理,處理時間為40小時。
本實施例制造的構(gòu)件具備一定的與水發(fā)生反應(yīng)的能力,對水稍許加熱即可實現(xiàn)構(gòu)件與水的明顯反應(yīng)。力學(xué)性能可達到Rm≥300MPa,Rp0.2≥200MPa,A≥3%。
實施例2。
制造重量百分比為Mg-8.5%Al-1.0%Zn-1.0%MRAE的鎂合金構(gòu)件,Mg為余量,雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。包括以下步驟。
預(yù)處理步驟:按重量百分比稱取鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料,其中鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時。
熔煉澆注步驟:推薦采用坩堝電阻爐熔煉,加入覆蓋劑JDMF進行覆蓋、精煉劑JDMJ進行精煉處理,使各合金成分均勻混合,去除夾雜物,在680℃澆注,得到鑄錠。
均勻化熱處理步驟:在420℃對鑄錠進行均勻化熱處理,處理時間為14小時。
熱變形加工步驟:在345℃對鑄錠進行鍛造加工,總變形量為85%,得到鍛件。
時效熱處理步驟:在170℃下對鍛件進行時效熱處理,處理時間為30小時。
本實施例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生明顯反應(yīng),對水稍許加熱即可實現(xiàn)構(gòu)件與水的快速反應(yīng)。力學(xué)性能可達到Rm≥320MPa,Rp0.2≥220MPa,A≥2%。
實施例3。
制造重量百分比為Mg-10.0%Al-1.5%Zn-1.85%MRAE的鎂合金構(gòu)件,Mg為余量,雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。包括以下步驟:
預(yù)處理步驟:按重量百分比稱取鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料,其中鎂、鋁、鋅、鋁硅中間合金、銅、鋁鐵中間合金、鎳在200℃下預(yù)熱8小時。
熔煉澆注步驟:推薦采用坩堝電阻爐熔煉,加入覆蓋劑JDMF進行覆蓋、精煉劑JDMJ進行精煉處理,使各合金成分均勻混合,去除夾雜物,在710℃澆注,得到鑄錠。
均勻化熱處理步驟:在440℃對鑄錠進行均勻化熱處理,處理時間為16小時。
熱變形加工步驟:在370℃對鑄錠進行擠壓加工,總變形量為70%,得到擠壓型材。
時效熱處理步驟:在180℃下對擠壓型材進行時效熱處理,處理時間為20小時。
本實施例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生快速反應(yīng)。力學(xué)性能可達到Rm≥340MPa,Rp0.2≥240MPa,A≥1.5%。
對比例1。
本對比例是實施例1的對比例,本對比例涉及一種鎂合金,與實施例1不同之處僅在所述鎂合金不含Cu、Si、Fe、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進元素。
本對比例鎂合金制造的構(gòu)件在室溫下與水幾乎觀測不到反應(yīng),即使將水加熱至沸騰也只能發(fā)生微弱的反應(yīng)。
對比例2。
本對比例是實施例2的對比例,本對比例涉及一種鎂合金,與實施例2不同之處僅在所述鎂合金的均勻化熱處理條件為500℃下14小時。
本對比例鎂合金制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生明顯反應(yīng),對水稍許加熱即可實現(xiàn)構(gòu)件與水的快速反應(yīng)。但力學(xué)性能不佳,只能達到:Rm≥240MPa,Rp0.2≥120MPa,A≥1%。
對比例3。
本對比例是實施例3的對比例,本對比例涉及一種鎂合金,與實施例3不同之處僅在所述鎂合金不進行熱變形加工。
本對比例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生快速反應(yīng)。但力學(xué)性能不佳,只能達到:Rm≥220MPa,Rp0.2≥100MPa,A≥0.5%。
以上對本發(fā)明的具體實施例和對比例進行了描述。需要理解的是,本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式,在權(quán)利要求范圍內(nèi)做出的各種變形和修改,并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。