一種氮化硼增強鎂合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氮化硼增強鎂合金，按照重量百分比含量含有：Gd：0.35-0.45%，Al：2.7-3.3%，Zn：2.0-2.15%，Si：3.65-3.75%，Ca：0.9-1.0%，Sr：1.05-1.1%，Nd：0.35-0.55%，Zr：0.45-0.654%，Sn：0.8-0.9%，Be：0.11-0.14%，Mn：1.1-1.3%，Sb：0.2-0.4%，Cu：0.25-0.31%，氮化硼納米管顆粒：1-15%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為100μm以下。本發(fā)明還提出該合金的制備方法。本合金具有良好力學性能。
【專利說明】一種氮化硼增強鎂合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鎂合金材料領域，尤其是一種氮化硼增強鎂合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)屬密排六方晶格，其塑性變形能力不及鋁和鋼，增加了鎂合金塑性加工的難度和生產(chǎn)制備成本，為此近年的新型鎂合金開發(fā)研究中，已經(jīng)開始重視通過變形鎂合金中合金相設計和采用新變形工藝等方式，在保證一定強度的同時更注重提高鎂合金的塑性加工能力。
[0003]由于鎂合金具有密度小，比剛度和比強度高，而且有著優(yōu)良導熱性能、電磁屏蔽性能、阻尼性能、切削加工性和減震性能，同時具有尺寸穩(wěn)定、無污染、易回收等一系列優(yōu)點，是結(jié)構(gòu)輕量化理想材料，在汽車、航空航天、國防及3C產(chǎn)品等工業(yè)中有著廣闊的商業(yè)應用前景。然而由于鎂合金絕對強度低，室溫變形能力較差，易氧化燃燒、易腐蝕等缺陷，限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的廣泛應用，目前鎂合金的應用遠不如鋁合金廣泛。因此，提高鎂合金強度使其具有良好的綜合性能，是新型鎂合金開發(fā)的熱點，同時高強度鎂合金開發(fā)對拓展鎂合金的應用領域具有重要 意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種氮化硼增強鎂合金及其制備方法，該工藝方法成本低且簡便易行，獲得的鎂合金具有較高的強度，使得此類鎂合金具有比傳統(tǒng)商業(yè)鎂合金優(yōu)越的力學性能。
[0005]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種氮化硼增強鎂合金，按照重量百分比含量含有:Gd:0.35-0.45%，Al:2.7-3.3%，Zn:2.0-2.15%, Si:3.65-3.75%, Ca:0.9-1.0%, Sr:1.05-1.1%，Nd:0.35-0.55%, Zr:0.45-0.654%, Sn:0.8-0.9%, Be:0.11-0.14%, Mn:1.1-1.3%, Sb:0.2-0.4%, Cu:0.25-0.31%,氮化硼納米管顆粒:1_15%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為IOOym以下。。
[0006]進一步地，按照重量百分比含量含有:Gd:0.38%，Al:2.8%，Zn:2.1%，S1:3.68%，Ca:0.9%, Sr:1.08%, Nd:0.37%, Zr:0.52%, Sn:0.85%, Be:0.125%, Mn:1.26%, Sb:0.23%, Cu:
0.28%，氮化硼納米管顆粒:6%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為50 μ m。。
[0007]所述的氮化硼增強鎂合金的制備方法，包括以下步驟:
(1)原料準備:按照重量百分比含量進行原料準備，所述原料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、純Al錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純SruAl-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al_Cu中間合金、氮化硼納米管顆粒；
(2)熔煉:采用氣體保護氣氛在電阻爐中熔煉合金，熔煉溫度為735-760°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后，加入Mg-Gd中間合金、純Al錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al-Cu中間合金，待所有原料完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻，將預熱到550-650°C的氮化硼納米管顆粒摻雜到熔煉的鎂合金熔液中，然后攪拌使其成分均勻，將攪拌摻雜后的鎂合金熔液充分靜置； (3)精煉:使熔煉爐升溫至775°C~790°C對合金進行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉劑，精煉時間為1-4分鐘，精煉完后在730°C~740°C保溫靜置5~8分鐘，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為:NaCl:11%~ 15%；Na3AlF6:8 ~10% ；MgC12:30-40% ;余量為 KCl ；
(4)澆鑄:將熔融的鎂合金精煉料澆鑄到預熱溫度為180~230°C的鐵模具中，澆鑄溫度為725°C~735°C ;鑄件規(guī)格為Φ450_~Φ500_，長度≥3000mm
(5)熱處理:將鑄件在425-430°C溫度范圍內(nèi)進行固溶處理，固溶處理時間為16~24小時，然后進行水淬，將淬火后的鑄件放入到200°C的電阻爐中人工時效40小時，制得鎂合金坯件；
(6)變形處理:a.高溫鍛造開坯:加熱坯料至溫度為400°C~440°C保溫I~2h;進行兩向鍛造開坯，鍛造成厚度為40-60mm的厚板；道次壓下量為20%~40%，每3_6道次鍛造后退火1.5h，退火溫度為400°C~440°C;b.加熱軋輥至溫度為300_340°C ;c.加熱厚板至溫度為450-460°C，保溫20-30分鐘后，采用多道次小變形量的方法將厚板軋制成2~IOmm薄板，軋棍速度為0.4m/s~0.8 m/s ;每道次軋制壓下量為10%~20%,每道次軋制后回爐退火，退火溫度為400°C~440°C,退火時間為30min~40min ；
(7)軋后熱處理:將軋后的薄板進行時效處理，所述的時效處理工藝為:時效溫度為225-240°C，保溫時間為12-36h ;再在195_210°C進行第二次時效處理，時效時間為12_36h ；最后在140-170°C進行第三次時效處理，時效時間為12-36h。
[0008]所述氮化硼納米管顆粒是指一個或多個氮化硼納米管形成的顆粒狀物質(zhì)，其大小為所述顆粒的尺寸。
[0009]
【具體實施方式】
[0010]實施例1
一種氮化硼增強鎂合金，按照重量百分比含量含有:Gd:0.35%，Al:2.9%，Zn:2.1%，Si:
3.66%, Ca:0.92%, Sr:1.07%, Nd:0.41%, Zr:0.48%, Sn:0.88%, Be:0.125%, Mn:1.24%, Sb:0.38%，Cu:0.29%，余量為Mg，氮化硼納米管顆粒:7%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為70 μ m。
[0011]氮化硼增強鎂合金的制備方法，包括以下步驟:
(1)原料準備:按照重量百分比含量進行原料準備，所述原料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、純Al錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純SruAl-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al_Cu中間合金、氮化硼納米管顆粒；
(2)熔煉:采用氣體保護氣氛在電阻爐中熔煉合金，熔煉溫度為755°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后，加入Mg-Gd中間合金、純Al錠、純ZruAl-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al-Cu中間合金，待所有原料完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻，將預熱到575°C的氮化硼納米管顆粒摻雜到熔煉的鎂合金熔液中，然后攪拌使其成分均勻，將攪拌摻雜后的鎂合金熔液充分靜置；
(3)精煉:使熔煉爐升溫至785°C對合金進行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉劑，精煉時間為3分鐘，精煉完后在735°C保溫靜置6分鐘，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為:NaCl:13% ；Na3AlF6:9% ；MgC12:32% ;余量為 KCl ；
(4)澆鑄:將熔融的鎂合金精煉料澆鑄到預熱溫度為195°C的鐵模具中，澆鑄溫度為730 0C ;鑄件規(guī)格為Φ 480mm，長度3500mm
(5)熱處理:將鑄件在428°C溫度范圍內(nèi)進行固溶處理，固溶處理時間為18小時，然后進行水淬，將淬火后的鑄件放入到200°C的電阻爐中人工時效40小時，制得鎂合金坯件；
(6)變形處理:a.高溫鍛造開坯:加熱坯料至溫度為420°C保溫1.5h ;進行兩向鍛造開還，鍛造成厚度為50mm的厚板；道次壓下量為30%,每3道次鍛造后退火1.5h,退火溫度為4200C ；b.加熱軋輥至溫度為330°C ；c.加熱厚板至溫度為455°C，保溫25分鐘后，采用多道次小變形量的方法將厚板軋制成3.5mm薄板，軋輥速度為0.6 m/s ;每道次軋制壓下量為15%,每道次軋制后回爐退火,退火溫度為420°C,退火時間為35min ；
(7)軋后熱處理:將軋后的薄板進行時效處理，所述的時效處理工藝為:時效溫度為240°C，保溫時間為15h ;再在200°C進行第二次時效處理，時效時間為15h ;最后在150°C進行第三次時效處理，時效時間為15h。
[0012]實施例2:
一種氮化硼增強鎂合金，按照重量百分比含量含有:Gd:0.38%，Al:2.89%，Zn:2.13%，S1:3.69%, Ca:0.92%, Sr:1.09%, Nd:0.45%, Zr:0.47%, Sn:0.88%, Be:0.13%, Mn:1.2%,Sb:0.28%，Cu:0.29%，氮化硼納米管顆粒:10%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為20 μ m0
[0013]所述的氮化硼增強鎂合金的制備方法，包括以下步驟:
(1)原料準備:按照重量百分比含量進行原料準備，所述原料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、純Al錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純SruAl-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al_Cu中間合金、氮化硼納米管顆粒；
(2)熔煉:采用氣體保護氣氛在電阻爐中熔煉合金，熔煉溫度為746°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后，加入Mg-Gd中間合金、純Al錠、純ZruAl-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al-Cu中間合金，待所有原料完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻；將預熱到600°C的氮化硼納米管顆粒摻雜到熔煉的鎂合金熔液中，然后攪拌使其成分均勻，將攪拌摻雜后的鎂合金熔液充分靜置；
(3)精煉:使熔煉爐升溫至780°C對合金進行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉劑，精煉時間為4分鐘，精煉完后在738°C保溫靜置6分鐘，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為:NaCl:11% ；Na3AlF6:9.5% ；MgC12:38% ;余量為 KCl ；
(4)澆鑄:將熔融的鎂合金精煉料澆鑄到預熱溫度為195°C的鐵模具中，澆鑄溫度為7300C ;鑄件規(guī)格為Φ475ι?πι，長度3200mm
(5)熱處理:將鑄件在428°C溫度范圍內(nèi)進行固溶處理，固溶處理時間為18小時，然后進行水淬，將淬火后的鑄件放入到200°C的電阻爐中人工時效40小時，制得鎂合金坯件；
(6)變形處理:a.高溫鍛造開坯:加熱坯料至溫度為420°C保溫1.5h ;進行兩向鍛造開還，鍛造成厚度為45mm的厚板；道次壓下量為25%,每4道次鍛造后退火1.5h,退火溫度為4200C ；b.加熱軋輥至溫度為320°C ；c.加熱厚板至溫度為455°C，保溫25分鐘后，采用多道次小變形量的方法將厚板軋制成6mm薄板，軋輥速度為0.5 m/s ;每道次軋制壓下量為18%,每道次軋制后回爐退火,退火溫度為420°C,退火時間為36min ；
(7)軋后熱處理:將軋后的薄板進行時效處理，所述的時效處理工藝為:時效溫度為230°C，保溫時間為18h ;再在197°C進行第二次時效處理，時效時間為18h ;最后在145°C進行第三次時效處理，時效時間為18h。
[0014]實施例3:
一種氮化硼增強鎂合金，按照重量百分比含量含有:Gd:0.38%，Al:2.8%，Zn:2.1%，S1:3.68%, Ca:0.9%, Sr:1.08%, Nd:0.37%, Zr:0.52%, Sn:0.85%, Be:0.125%, Mn:1.26%,Sb:0.23%，Cu:0.28%，氮化硼納米管顆粒:4%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為40 μ m0
[0015]所述的氮化硼增強鎂合金的制備方法，包括以下步驟:
(1)原料準備:按照重量百分比含量進行原料準備，所述原料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、純Al錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純SruAl-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al_Cu中間合金、氮化硼納米管顆粒；
(2)熔煉:采用氣體保護氣氛在電阻爐中熔煉合金，熔煉溫度為45°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔`化后，加入Mg-Gd中間合金、純Al錠、純ZruAl-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al-Cu中間合金，待所有原料完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻；；將預熱到560°C的氮化硼納米管顆粒摻雜到熔煉的鎂合金熔液中，然后攪拌使其成分均勻，將攪拌摻雜后的鎂合金熔液充分靜置；
(3)精煉:使熔煉爐升溫至780°C對合金進行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉劑，精煉時間為3.5分鐘，精煉完后在735°C保溫靜置6分鐘，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為:NaCl:14.8% ；Na3AlF6:8.5% ；MgC12:36% ;余量為 KCl ；
(4)澆鑄:將熔融的鎂合金精煉料澆鑄到預熱溫度為190°C的鐵模具中，澆鑄溫度為7300C ;鑄件規(guī)格為Φ450ι?πι，長度3000mm
(5)熱處理:將鑄件在427°C溫度范圍內(nèi)進行固溶處理，固溶處理時間為18小時，然后進行水淬，將淬火后的鑄件放入到200°C的電阻爐中人工時效40小時，制得鎂合金坯件；
(6)變形處理:a.高溫鍛造開坯:加熱坯料至溫度為425°C保溫1.5h ;進行兩向鍛造開還，鍛造成厚度為45mm的厚板；道次壓下量為30%,每5道次鍛造后退火1.5h,退火溫度為4200C ；b.加熱軋輥至溫度為320°C ；c.加熱厚板至溫度為455°C，保溫25分鐘后，采用多道次小變形量的方法將厚板軋制成4mm薄板，軋輥速度為0.5 m/s ;每道次軋制壓下量為15%,每道次軋制后回爐退火,退火溫度為420°C,退火時間為35min ；
(7)軋后熱處理:將軋后的薄板進行時效處理，所述的時效處理工藝為:時效溫度為230°C，保溫時間為15h ;再在200°C進行第二次時效處理，時效時間為15h ;最后在165°C進行第三次時效處理，時效時間為16h。
[0016]實施例1-3得到的合金的性能列于下表
【權利要求】
1.一種氮化硼增強鎂合金，其特征在于，按照重量百分比含量含有:Gd:0.35-0.45%，Al:2.7-3.3%, Zn:2.0-2.15%, Si:3.65-3.75%, Ca:0.9-1.0%, Sr:1.05-1.1%，Nd:0.35-0.55%, Zr:0.45-0.654%, Sn:0.8-0.9%, Be:0.11-0.14%, Mn:1.1-1.3%, Sb:0.2-0.4%,Cu:0.25-0.31%，氮化硼納米管顆粒:1_15%，余量為Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為100 μ m以下。
2.如權利要求1所述的氮化硼增強鎂合金，其特征在于，按照重量百分比含量含有:Gd:0.38%, Al:2.8%, Zn:2.1%，S1:3.68%, Ca:0.9%, Sr:1.08%, Nd:0.37%, Zr:0.52%, Sn:0.85%, Be:0.125%, Mn:1.26%, Sb:0.23%, Cu:0.28%，氮化硼納米管顆粒:6%，余量為 Mg，所述氮化硼納米管顆粒的尺寸為50 μ m。
3.如權利要求1-2所述的氮化硼增強鎂合金的制備方法，其特征在于: (1)原料準備:按照重量百分比含量進行原料準備，所述原料為純Mg錠、Mg-Gd中間合金、純Al錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純SruAl-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al_Cu中間合金、氮化硼納米管顆粒； (2)熔煉:采用氣 體保護氣氛在電阻爐中熔煉合金，熔煉溫度為735-760°C，先在熔煉爐中加入純Mg錠，待純鎂錠完全熔化后，加入Mg-Gd中間合金、純Al錠、純Zn、Al-Si中間合金、Al-Ca中間合金、Al-Sr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Zr中間合金、純Sn、Al-Be中間合金、Al-Mn中間合金、純Sb、Al-Cu中間合金，待所有原料完全熔化后進行攪拌，使合金成分均勻，將預熱到550-650°C的氮化硼納米管顆粒摻雜到熔煉的鎂合金熔液中，然后攪拌使其成分均勻，將攪拌摻雜后的鎂合金熔液充分靜置； (3)精煉:使熔煉爐升溫至775°C~790°C對合金進行精煉，邊攪拌邊加入耐熱鎂合金精煉劑，精煉時間為1-4分鐘，精煉完后在730°C~740°C保溫靜置5~8分鐘，所述耐熱鎂合金精煉劑的組成為:NaCl:11%~ 15%；Na3AlF6:8 ~10% ；MgC12:30-40% ;余量為 KCl ； (4)澆鑄:將熔融的鎂合金精煉料澆鑄到預熱溫度為180~230°C的鐵模具中，澆鑄溫度為725°C~735°C ;鑄件規(guī)格為Φ450_~Φ500ι?πι，長度≥3000mm (5)熱處理:將鑄件在425-430°C溫度范圍內(nèi)進行固溶處理，固溶處理時間為16~24小時，然后進行水淬，將淬火后的鑄件放入到200°C的電阻爐中人工時效40小時，制得鎂合金坯件； (6)變形處理:a.高溫鍛造開坯:加熱坯料至溫度為400°C~440°C保溫I~2h;進行兩向鍛造開坯，鍛造成厚度為40-60mm的厚板；道次壓下量為20%~40%，每3_6道次鍛造后退火1.5h，退火溫度為400°C~440°C;b.加熱軋輥至溫度為300_340°C ;c.加熱厚板至溫度為450-460°C，保溫20-30分鐘后，采用多道次小變形量的方法將厚板軋制成2~IOmm薄板，軋棍速度為0.4m/s~0.8 m/s ;每道次軋制壓下量為10%~20%,每道次軋制后回爐退火，退火溫度為400°C~440°C,退火時間為30min~40min ； (7)軋后熱處理:將軋后的薄板進行時效處理，所述的時效處理工藝為:時效溫度為225-240°C，保溫時間為12-36h ;再在195_210°C進行第二次時效處理，時效時間為12_36h ；最后在140-170°C進行第三次時效處理，時效時間為12-36h。
【文檔編號】C22C23/00GK103695745SQ201410018719
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權日:2014年1月16日
【發(fā)明者】張霞 申請人:張霞