本發(fā)明屬于鎂合金材料，具體涉及一種低成本高強(qiáng)阻燃鎂合金型材及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、純鎂元素材料的強(qiáng)度較低，難以作為結(jié)構(gòu)材料直接應(yīng)用，因而工程上選擇適當(dāng)?shù)暮辖鹪刂瞥涉V合金，以滿足各類工程需求。與其他結(jié)構(gòu)材料相比，鎂合金具密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、尺寸穩(wěn)定性高、抗電磁干擾及電磁屏蔽性好、環(huán)保無污染、鑄造性能好、切削加工性好等諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于汽車零部件、航空航天結(jié)構(gòu)件以及3c通訊電子器件等各種領(lǐng)域。以汽車行業(yè)為例，鎂合金在汽車上的應(yīng)用實現(xiàn)了從0到1的突破，同時逐步從小零件向大部件滲透。據(jù)統(tǒng)計，2022年汽車行業(yè)鎂合金消耗量達(dá)10萬t，平均單車用鎂合金超過3.5?kg；預(yù)計2030年總消耗量可達(dá)45萬t，平均單車用量超過?14.5?kg。隨著需求的進(jìn)一步增長和產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，鎂合金材料將在各類高端裝備領(lǐng)域獲得空前的發(fā)展機(jī)遇。但發(fā)展機(jī)遇總是與困難挑戰(zhàn)并存的，由于是鎂合金是非常活潑的金屬材料，在實際應(yīng)用中必須要求鎂合金具有較好的阻燃性，尤其在輕軌道交通領(lǐng)域，低燃點的鎂合金將會帶來極大地安全隱患。

2、目前常見的商用鎂合金牌號燃點都較低，在軌道交通車體型材上實際應(yīng)用價值較低?，F(xiàn)有技術(shù)中通常是通過加入一定含量的其他合金元素，可以賦予鎂合金一些高性能的同時還可以提高鎂合金的燃點。目前國內(nèi)外報道的阻燃鎂合金基本都添加了各類re系稀土元素，而稀土元素成本較高，這嚴(yán)重限制了阻燃鎂合金的大范圍應(yīng)用。mg‑al‑ca系合金具有低成本、高強(qiáng)度、高燃點等優(yōu)勢，該體系中合金的燃點主要由ca含量決定，但隨著ca含量的增加，合金的塑性會變得很差，也不利于實際應(yīng)用。因而，如何制備出一種低成本高強(qiáng)度的阻燃鎂合金成為亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種低成本高強(qiáng)度的阻燃鎂合金型材及其制備方法，所制備的阻燃鎂合金不僅擁有良好的綜合力學(xué)性能，還具有高燃點、成本低的優(yōu)點，具有良好的市場應(yīng)用前景。

2、為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

3、一種低成本高強(qiáng)阻燃鎂合金型材，它是由以下重量百分比的原料制成：al?10.2-11.0%、sn?0.9-1.1%、ca?0.75-1.3%、zn?0.4-0.8%、mn?0.1-0.5%、si?0.2-0.4%、sr?0.1-0.3%、余量mg和不可避免的雜質(zhì)。

4、一種上述的低成本高強(qiáng)阻燃鎂合金型材的制備方法，它包括以下步驟：

5、1）準(zhǔn)備原料：根據(jù)鎂合金中各原料質(zhì)量百分比含量稱取原料，其中鎂、鋁、鋅、錫以純鎂錠、鋁錠、鋅錠、錫錠的形式加入，鈣、鍶、硅以鎂鈣合金、鎂鍶合金、鎂硅合金的形式添加，錳為氯化錳；

6、2）熔煉：首先鎂錠進(jìn)行預(yù)熱處理，將預(yù)熱后的鎂錠裝進(jìn)爐體中在混合氣體a的保護(hù)下熔煉，熔化完全后將預(yù)熱的鋁錠、鋅錠、錫錠、鎂鈣合金、鎂鍶合金、鎂硅合金和2#熔劑、氯化錳加入其中繼續(xù)在混合氣體b保護(hù)下于710-740℃進(jìn)行混合熔煉，待全部熔化后加入精煉劑精煉10-15min，然后依次經(jīng)過除氣、去浮渣和保溫處理，得到合金熔體，加覆蓋劑，靜置15-20min，待溫度達(dá)到670-690℃得到半連續(xù)鑄造坯料；

7、3）均質(zhì)化處理：對半連續(xù)鑄造坯料進(jìn)行均質(zhì)化處理，然后冷卻至室溫，車削外表面至合適尺寸；

8、4）成型加工：對均質(zhì)化處理完成的坯料進(jìn)行擠壓前預(yù)熱、擠壓成型、時效處理后得到阻燃鎂合金型材；

9、5）表面處理：將步驟4）所得阻燃鎂合金型材浸入無水乙醇中超聲清洗3-5min，取出風(fēng)干后再浸入質(zhì)量濃度為3%的醋酸溶液中浸泡10-15s，然后用清水沖洗至中性，再浸入表面處理劑中浸泡30min，取出后自然晾干即得最終產(chǎn)品。

10、優(yōu)選的，所述混合氣體a為空氣、二氧化碳和六氟化硫按照體積比50：50：3組成；所述混合氣體b為二氧化碳和六氟化硫按照體積比97：3組成。

11、優(yōu)選的，所述均質(zhì)化處理方法為：采用梯度設(shè)定溫度均質(zhì)處理，具體為，設(shè)定溫度100℃，保溫30min；設(shè)定溫度200℃，保溫20min；設(shè)定溫度300℃，保溫20min；設(shè)定溫度390℃，保溫21h。

12、優(yōu)選的，所述時效處理的溫度為177±6℃，時間為6h，升溫速率為5℃/min。

13、優(yōu)選的，所述表面處理劑是由改性納米氫氧化鎂漿料與硅溶膠按照1：1的體積比組成；所述改性納米氫氧化鎂漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。

14、優(yōu)選的，所述改性氫氧化鎂是采用下述方法制備的得到：

15、a）將無水乙醇與去離子水按照9：1的體積比配置成醇水溶劑，將n-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑與醇水溶劑按照100：1的體積比混合，磁力攪拌攪拌水解1h，得到硅烷水解液；

16、b）稱取納米氫氧化鎂，配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的納米氫氧化鎂漿料，超聲分散處理15min后將漿料加熱至90℃，然后在磁力攪拌下將步驟a）所得將硅烷水解液緩慢滴入其中，滴加完成后，體系保持反應(yīng)45min，然后將所得到的白色漿料抽濾得到白色濾餅，再用去離子水與無水乙醇對濾餅分別洗滌三次得到改性納米氫氧化鎂。

17、優(yōu)選的，所述納米氫氧化鎂漿料與硅烷水解液體積比為10：1；所述納米氫氧化鎂為片狀納米氫氧化鎂，其平均粒徑d50為500nm。

18、優(yōu)選的，所述硅溶膠中納米二氧化硅含量為25%，粒徑為50-80nm，ph為8-8.5。

19、本發(fā)明所用到的試劑原料如無特殊說明均為市場購買得到。其中納米氫氧化鎂購自濟(jì)南某化工有限公司，為片狀納米氫氧化鎂，平均粒徑d50為500nm。

20、本發(fā)明在mg‑al-ca系合金的基礎(chǔ)上添加適量sn、mn、zn、sr幾種金屬元素及少量非金屬元素si，通過優(yōu)化調(diào)整ca、sn、si三者在鎂合金中的比例，經(jīng)過不同階段高溫處理形成更佳的合金組織結(jié)構(gòu)，改善因ca含量的添加而導(dǎo)致合金塑性變差的現(xiàn)象，并提高合金材料的燃點，從根本上提高合金的力學(xué)性能和阻燃性能。

21、另一方面，通過對鎂合金進(jìn)一步的表面處理，首先對鎂合金表面進(jìn)行醇洗、酸洗后，清除合金表面雜質(zhì)及污物，同時提高了合金表面的粗糙度和活性，促進(jìn)合金基體與表面處理劑間相互作用；由于通常納米氫氧化鎂，顆粒粒徑小、比表面積大但分散性較差，在其表面通過硅烷接枝改性后，疏水性增強(qiáng)，在基體表面分散性提高，且與基體作用力顯著增強(qiáng)；改性后的納米氫氧化鎂在高溫下具有吸熱效應(yīng)，可以顯著降低合金材料的燃點，同時納米氫氧化鎂熱分解后生成的氧化鎂和水蒸氣，氧化鎂是一種高耐火性的物質(zhì)，這些氧化鎂顆粒會附著在鎂合金表面，由于與鎂合金基體物化性質(zhì)高度吻合，可以形成一層致密的穩(wěn)定保護(hù)層，同時水蒸氣還能與可燃性氣體混合，形成不易燃燒的混合氣體，阻止可燃性氣體的傳播；改性后的納米氫氧化鎂與納米二氧化硅配合使用可以在合金表面形成更致密均勻的微納米層，這種微納米層可以有效隔絕熱量和可燃性氣體的傳播從而提高合金阻燃性能，同時由于多種不同結(jié)構(gòu)納米粒子在鎂合金表面的填充，合金材料的力學(xué)性能也得到一定程度的提升。

22、本發(fā)明的有益效果是：（1）本發(fā)明所制備的阻燃鎂合金，不添加任何稀土元素，成本更低，且其燃點可以達(dá)到1500℃，阻燃性能良好，市場應(yīng)用前景廣闊。

23、（2）本發(fā)明所制備的阻燃鎂合金室溫力學(xué)性能優(yōu)異，室溫下，抗拉強(qiáng)度在360mpa以上，室溫屈服強(qiáng)度在310mpa以上，延伸率在17%以上，力學(xué)性能優(yōu)異。