一种镁铝合金材料以及制备方法与流程

1.本发明涉及镁铝合金材料技术领域，具体为一种镁铝合金材料以及制备方法。


背景技术：

2.合金材料中，镁是最轻的结构材料，符合低能耗等环保节能要求，因而在汽车、电子、航空等工业领域被用来制备合金。其中，镁铝合金以其密度低、减震能力强和铸造成型工艺性能好等特点，在同其它轻质材料的竞争中取得明显优势，受到汽车、航空工业以及电子产业的青睐。镁铝合金既有金属的强度，而且重量轻也易于散热，抗压性较强，能满足3c产品高度集成化、轻薄话、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。镁铝合金导热性能和强度尤为突出，其硬度是传统塑料机壳的几倍。但镁熔点低，易燃烧，因而由镁制备得到的合金在温度接近其燃点的时候容易自身燃烧，发生火灾危险。传统镁合金仍然存在强度较低、韧性差和塑形加工困难等问题，使镁铝合金的应用受到了限制。尽管镁铝合金以其质量轻延展性好受到追捧，但是在实际应用过程中发现，镁铝合金的抗腐蚀性能易出现不稳定的情况，主要原因是受到了合金成分、应变速率、ph值、环境温度等因素的影响较大，长期存在于海洋上时，易发生腐蚀行为，影响产品性能与寿命。此外，现有技术中的合金大多成本比较高，而且耐高温、耐磨损、机械性能较差，易变性较差，这在一定程度上制约了合金行业的发展以及合金在各种行业放入应用和推广，为此我们提出了一种镁铝合金材料以及制备方法。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种镁铝合金材料以及制备方法，解决了上述的问题。
5.(二)技术方案
6.为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种镁铝合金材料，包括铝、镁、硅以及扩展物质，其质量百分比为铝56％-60％、镁14％-25％、硅0.45-0.78％、扩展物质10％-12％以及稀土元素变质剂10％-13％。
7.优选的，所述扩展物质包括铁、铂、钛中的一种或多种的组合物。
8.优选的，所述稀土元素变质剂包括稀土元素la和氧化锆的组合物。
9.优选的，所述稀土元素la和氧化锆的组合物中稀土元素la和氧化锆的摩尔比为1：2.5。
10.一种镁铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
11.第一步：称取铝、镁、硅原料备用；
12.第二步：将制造原料放入粉碎机中进行粉碎，粉碎完成后将其通过200目的筛网中晒过备用；
13.第三步：将铝、镁、硅进行混合，得到混合物质：
14.第四步：向混合物质中加入扩展物质再次混合，得到混合物质二；
15.第五步：混合完成的混合物质装入烧结用的模具之中，将模具放入真空热压炉中，进行热处理，得到处理后的原料粉末，随后对处理后的原料粉末进行固溶热处理作业；
16.第六步：将经过固溶热处理作业的原料粉末取一半加热熔融至形成高温铝合金液，随后采用混溶法将稀土元素la和氧化锆的组合物加入高温镁铝合金液中制得中间合金液，随后将剩余的原料粉末加入中间合金液并继续加热熔炼，充分搅拌并进行精炼获得高温稀土镁铝合金液；
17.第七步：将高温稀土镁铝合金液倒入铸模，待其固化后获得稀土镁铝合金锭，在对稀土镁铝合金锭再进行室温水淬，淬火后进行时效，时效工艺为在135℃保温7小时，然后再调节温度至188℃，保温8小时，再调节温度至105℃，保温24小时，即可。
18.优选的，第三步的具体内容为将筛选完成的铝、镁、硅加入混料机中混合，混合时间为25min，混合温度为40度。
19.优选的，所述混合的条件为混合时间35min，混合温度55。
20.优选的，所述热处理步骤为使其真空度小于1mpa，然后将真空热压炉的温度升高至540，升温速率保持在8min，真空热压炉压力保持在10mpa，随后将真空热压炉温度升高至600，升温速率保持在8min，真空热压炉压力保持在20mpa，然后继续保温保压100min。
21.优选的，所述真空热压炉内部填充的空气为氢气或者氩气。
22.(三)有益效果
23.与现有技术相比，本发明提供了一种镁铝合金材料以及制备方法，具备以下有益效果：
24.1、该镁铝合金材料以及制备方法，通过增加了铁为扩展材料，合金材料集合了铁的刚性，加强了镁铝合金材料的整体强度，使得镁铝合金机械性能较差，易变性得到极大的提升，铂的化学性质不活泼，在空气和潮湿环境中稳定，将其混合在镁铝合金材料中之后，能够结合铂的特性，使得镁铝合金抗氧化强度提升，钛则具备极强的稳定性和强度，兼具铁和铂的优点，在预算允许的情况下为最优选；
25.2、增加了稀土元素变质剂，稀土变质作用主要表现在细化晶粒和枝晶，通常情况下，稀土原子半径大于铝原子半径，性质比较活泼，熔于铝液中极易填补合金相的表面缺陷，使得新旧两相界面上的表面张力降低，提高了晶核的生长速度；同时还能在晶粒与熔融液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，细化合金组织，从而可以在微观尺度上在合金组织上形成保护结果，极大程度上提高了抗腐蚀性能。
附图说明
26.图1为本发明流程示意图。
具体实施方式
27.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通讯连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介的间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例一：由于目前市场上镁铝合金机械性能较差，易变性，型材种类少，不能很好的广泛应用。
32.一种镁铝合金材料，包括铝56％-60％、镁14％-25％、硅0.45-0.78％以及扩展物质20％-25％。
33.扩展物质为铁，通过增加了铁为扩展材料，合金材料集合了铁的刚性，加强了镁铝合金材料的整体强度，使得镁铝合金机械性能较差，易变性得到极大的提升。
34.一种镁铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
35.第一步：称取铝、镁、硅原料备用；
36.第二步：将制造原料放入粉碎机中进行粉碎，粉碎完成后将其通过200目的筛网中晒过备用；
37.第三步：将铝、镁、硅进行混合，得到混合物质；
38.将筛选完成的铝、镁、硅加入混料机中混合，混合时间为25min，混合温度为40度；
39.第四步：向混合物质中加入铁再次混合，得到混合物质二；
40.混合的条件为混合时间35min，混合温度55；
41.第五步：混合完成的混合物质装入烧结用的模具之中，将模具放入真空热压炉中，进行热处理，得到处理后的原料粉末；
42.热处理步骤为使其真空度小于1mpa，然后将真空热压炉的温度升高至540，升温速率保持在8min，真空热压炉压力保持在10mpa，随后将真空热压炉温度升高至600，升温速率保持在8min，真空热压炉压力保持在20mpa，然后继续保温保压100min；
43.所述真空热压炉内部填充的空气为氢气或者氩气；
44.随后对处理后的原料粉末进行固溶热处理作业；
45.第六步：将经过固溶热处理作业的原料粉末取一半加热熔融至形成高温铝合金液，随后采用混溶法将稀土元素la和氧化锆的组合物加入高温镁铝合金液中制得中间合金液，随后将剩余的原料粉末加入中间合金液并继续加热熔炼，充分搅拌并进行精炼获得高
温稀土镁铝合金液；
46.第七步：将高温稀土镁铝合金液倒入铸模，待其固化后获得稀土镁铝合金锭，在对稀土镁铝合金锭再进行室温水淬，淬火后进行时效，时效工艺为在135℃保温7小时，然后再调节温度至188℃，保温8小时，再调节温度至105℃，保温24小时，即可。
47.实施例二，一种镁铝合金材料，包括铝56％-60％、镁14％-25％、硅0.45-0.78％以及扩展物质20％-25％。
48.扩展物质为铂和钛的混合物，铂的化学性质不活泼，在空气和潮湿环境中稳定，将其混合在镁铝合金材料中之后，能够结合铂的特性，使得镁铝合金抗氧化强度提升，钛具备耐低温性能好，屈强比高，化学性能稳定等优点，可以配合铂为该镁铝合金提供更佳的耐腐蚀性能和结构强度。
49.一种镁铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
50.第一步：称取铝、镁、硅原料备用；
51.第二步：将制造原料放入粉碎机中进行粉碎，粉碎完成后将其通过200目的筛网中晒过备用；
52.第三步：将铝、镁、硅进行混合，得到混合物质；
53.将筛选完成的铝、镁、硅加入混料机中混合，混合时间为25min，混合温度为40度；
54.第四步：向混合物质中加入铂再次混合，得到混合物质二；
55.混合的条件为混合时间35min，混合温度55；
56.第五步：混合完成的混合物质装入烧结用的模具之中，将模具放入真空热压炉中，进行热处理，得到处理后的原料粉末；
57.热处理步骤为使其真空度小于1mpa，然后将真空热压炉的温度升高至540，升温速率保持在8min，真空热压炉压力保持在10mpa，随后将真空热压炉温度升高至600，升温速率保持在8min，真空热压炉压力保持在20mpa，然后继续保温保压100min；
58.所述真空热压炉内部填充的空气为氢气或者氩气；
59.随后对处理后的原料粉末进行固溶热处理作业；
60.第六步：将经过固溶热处理作业的原料粉末取一半加热熔融至形成高温铝合金液，随后采用混溶法将稀土元素la和氧化锆的组合物加入高温镁铝合金液中制得中间合金液，随后将剩余的原料粉末加入中间合金液并继续加热熔炼，充分搅拌并进行精炼获得高温稀土镁铝合金液；
61.第七步：将高温稀土镁铝合金液倒入铸模，待其固化后获得稀土镁铝合金锭，在对稀土镁铝合金锭再进行室温水淬，淬火后进行时效，时效工艺为在135℃保温7小时，然后再调节温度至188℃，保温8小时，再调节温度至105℃，保温24小时，即可。
62.虽然现有技术中已有通过在镁铝合金中添加稀土元素来提高镁铝合金的性能，但是，在镁铝合金加入一定量稀土元素后，因稀土元素原子容易在液-固界面前沿的液相中聚集，造成凝固温度降低，生长速度增大，二次枝晶间距变小，会导致镁铝合金耐酸腐蚀性降低。虽然镁铝合金中的fe能一定程度上提高合金高温力学性能的作用，但因其以针状β-fe相、骨骼状α－fe相存在，且当其含量(质量分数，下同)超过0.01％后，针状β-fe相会在外载作用下导致应力集中而成为裂纹源，显著降低镁铝合金的力学性能。显然镁铝合金fe含量过高，就会因熔体fe含量超标而导致铸件力学性能显著下降，为了减弱或消除镁铝中fe元
素的有害作用，通常采用添加低fe含量来消除弊端。因此，本发明通过对镁铝合金中元素种类以及用量进行大量实验研究,通过调整镁铝合金中的硅元素、稀土元素la和锆元素的含量，同时稀土元素y与锆元素含量的比例为1：2.5时，能在熔体中将针状β-fe相转变成细小骨骼状α-fe相，即对铁相进行变质，使其β-fe相全部转变成骨骼状α-fe相，由于稀土元素la与锆元素的协同作用，能够进行再变质，细化α-fe相，在确保铸件力学性能的前提下，能够在不影响铸件力学性能的前提下，扩展镁铝合金对其fe含量的允许量，提高镁铝合金熔铸质量，镁铝合金耐腐蚀性能得到明显的提高，提高了镁合金高温力学性能，同时，研究通过硅与锆的协同作用，能够显著细化枝晶组织，再稀土元素la的作用下，有利于改善硅的分布，同时，锆元素在组织中形成块状的含锆的化合物相，且锆元素主要分布于晶界处，从而能够显著的提高镁铝合金的屈服强度、抗拉强度、伸长率和硬度。
63.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。
64.而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
65.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。