與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強(qiáng)高硬鎂合金及其構(gòu)件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強(qiáng)高硬鎂合金及其構(gòu)件的制造方法；所述鎂合金各組分及其重量百分比含量為：Gd9.0~15.0%，Y3.0~5.0%，Cu0.4~1.4%，Zn0.4~1.2%，Si、Fe、Ni、Ga、In等混合反應(yīng)促進(jìn)元素（MRAE）的總含量0.05~1.8%，Mg為余量，雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的鎂合金制造的構(gòu)件在具備高強(qiáng)度、高硬度的同時(shí)，可在室溫或加熱時(shí)與水發(fā)生可控反應(yīng)，適合應(yīng)用于同時(shí)有高強(qiáng)度、高硬度以及環(huán)保降解等苛刻結(jié)構(gòu)功能一體化需求的工業(yè)領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強(qiáng)高硬鎂合金及其構(gòu)件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]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)的高強(qiáng)高硬鎂合金及其構(gòu)件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金具有密度低、比強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在各大工業(yè)領(lǐng)域都有較為廣泛的應(yīng)用。另一方面，鎂合金是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中化學(xué)性質(zhì)較為活潑的，可在要求結(jié)構(gòu)材料有降解能力的工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。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(jìn)一步反應(yīng)，即使加熱至沸騰，也只能觀測(cè)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(wú)法滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。通過(guò)合金化方法，提高鎂合金與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速率，同時(shí)使鎂合金保持高的強(qiáng)度和硬度，對(duì)于制造結(jié)構(gòu)功能一體化構(gòu)件，有著極為重要的意義。
[0003]目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未搜索到國(guó)內(nèi)外類似的資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]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)的高強(qiáng)韌鎂合金及其構(gòu)件的制造方法。所述的鎂合金添加S1、Fe、N1、Ga、In等混合反應(yīng)促進(jìn)元素(MRAE)，這些元素與鎂形成的相可在鎂與水反應(yīng)過(guò)程破壞氫氧化鎂的連續(xù)性，嚴(yán)格控制Be、Zr、Ca等元素，從而達(dá)到促進(jìn)鎂與水反應(yīng)的效果；同時(shí)，通過(guò)添加銅和稀土元素，使材料在熱變形、熱處理后具有高強(qiáng)度、高硬度的特性。在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)控合金化元素比例，可在保持鎂合金材料高強(qiáng)度和高硬度的前提下，調(diào)控鎂合金與水的反應(yīng)速率，從而使鎂合金滿足對(duì)結(jié)構(gòu)材料有環(huán)保降解要求的特殊工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]第一方面:本發(fā)明提供一種與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強(qiáng)高硬鎂合金，包含組分及重量百分比為:Gd9.0?15.0%，Y3.0?5.0%，Cu0.4?I.4%，Zn0.4?I.2%，S1、Fe、N1、Ga、In等混合反應(yīng)促進(jìn)元素(MRAE)的總含量0.05?1.8%，Mg為余量，雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.01%。
[0007]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。
[0008]預(yù)處理:按重量百分比稱取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、銅、鋅、鎂硅中間合金、鎂鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、銅、鋅、鎂硅中間合金、鎂鐵中間合金、鎳預(yù)熱。
[0009]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。
[0010]均勻化熱處理:對(duì)所述鑄錠在一定溫度下保溫一段時(shí)間。
[0011]熱變形加工:對(duì)所述鑄錠在一定溫度下進(jìn)行熱變形加工，得到鍛件或型材。
[0012]時(shí)效熱處理:對(duì)所述鍛件或型材在一定溫度下保溫一段時(shí)間。
[0013]優(yōu)選地，預(yù)處理的步驟中，所述預(yù)熱的溫度為200°C，時(shí)間8小時(shí)。
[0014]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RJ6，所述的澆注溫度為680?720°C。
[0015]優(yōu)選地，均勻化熱處理的步驟中，所述的保溫條件為480?520°C下4?24小時(shí)。
[0016]優(yōu)選地，熱變形加工步驟中，所述的熱變形溫度為350?450°C，總變形量為70%?95%。
[0017]優(yōu)選地，時(shí)效熱處理步驟中，所述的保溫條件為180?250°C下10?120小時(shí)。
[0018]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，在具備較高強(qiáng)度、高硬度特性的同時(shí)，可在室溫或加熱時(shí)與水發(fā)生可控反應(yīng)，適合應(yīng)用于同時(shí)有高強(qiáng)度、高硬度以及環(huán)保降解等苛刻結(jié)構(gòu)功能一體化需求的工業(yè)領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施例流程。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0021]實(shí)施例1。
[0022]制造重量百分比為Mg-9.0%Gd-3.0%Y_0.4%Cu_0.4Zn%-0.05% 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。
[0023]預(yù)處理步驟:按重量百分比稱取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、銅、鋅、鎂硅中間合金、鎂鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、銅、鋅、鎂硅中間合金、鎂鐵中間合金、鎳在200 0C下預(yù)熱8小時(shí)。
[0024]熔煉澆注步驟:推薦采用坩禍電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)行精煉處理，使各合金成分均勻混合，去除夾雜物，在680°C澆注，得到鑄錠。
[0025]均勻化熱處理步驟:在480 0C對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，處理時(shí)間為24小時(shí)。
[0026]熱變形加工步驟:在350 °C對(duì)鑄錠進(jìn)行擠壓加工，總變形量為95%，得到擠壓型材。
[0027]時(shí)效熱處理步驟:在180°C下對(duì)擠壓型材進(jìn)行時(shí)效熱處理，處理時(shí)間為120小時(shí)。
[0028]本實(shí)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(duì)水稍許加熱即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件與水的明顯反應(yīng)。同時(shí)具有高強(qiáng)度、高硬度的特性，力學(xué)性能可達(dá)到Rm>350MPa，維氏硬度彡100HV。
[0029]實(shí)施例2。
[0030]制造重量百分比為Mg-12.0%Gd-4.0%Y_0.9%Cu_0.8Zn%-0.9%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。
[0031]預(yù)處理步驟:按重量百分比稱取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、銅、鋅、鎂硅中間合金、鎂鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、銅、鋅、鎂硅中間合金、鎂鐵中間合金、鎳在200 0C下預(yù)熱8小時(shí)。
[0032]熔煉澆注步驟:推薦采用坩禍電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)行精煉處理，使各合金成分均勻混合，去除夾雜物，在700°C澆注，得到鑄錠。
[0033 ] 均勻化熱處理步驟:在500 0C對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，處理時(shí)間為14小時(shí)。
[0034]熱變形加工步驟:在400 °C對(duì)鑄錠進(jìn)行鍛造加工，總變形量為85%，得到鍛件。
[0035]時(shí)效熱處理步驟:在215 °C下對(duì)鍛件進(jìn)行時(shí)效熱處理，處理時(shí)間為65小時(shí)。
[0036]本實(shí)施例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生明顯反應(yīng)，對(duì)水稍許加熱即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件與水的快速反應(yīng)。同時(shí)具有高強(qiáng)度、高硬度的特性，力學(xué)性能可達(dá)到Rm多370MPa，維氏硬度彡I1HV0
[0037]實(shí)施例3。
[0038]制造重量百分比為Mg-15.0%Gd-5.0%Y_1.4%Cu_l.2Ζη%-1.8%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。
[0039]預(yù)處理步驟:按重量百分比稱取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、銅、鋅、鎂硅中間合金、鎂鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、銅、鋅、鎂硅中間合金、鎂鐵中間合金、鎳在200 0C下預(yù)熱8小時(shí)。
[0040]熔煉澆注步驟:推薦采用坩禍電阻爐熔煉，加入覆蓋劑JDMF進(jìn)行覆蓋、精煉劑RJ6進(jìn)行精煉處理，使各合金成分均勻混合，去除夾雜物，在720°C澆注，得到鑄錠。
[0041 ] 均勻化熱處理步驟:在520°C對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，處理時(shí)間為4小時(shí)。
[0042]熱變形加工步驟:在450°C對(duì)鑄錠進(jìn)行擠壓加工，總變形量為70%，得到擠壓型材。
[0043]時(shí)效熱處理步驟:在250°C下對(duì)擠壓型材進(jìn)行時(shí)效熱處理，處理時(shí)間為10小時(shí)。
[0044]本實(shí)施例制造的構(gòu)件可在室溫下與水發(fā)生快速反應(yīng)。同時(shí)具有高強(qiáng)度、高硬度的特性，力學(xué)性能可達(dá)到Rm彡390MPa，維氏硬度彡120HV。
[0045]對(duì)比例I。
[0046]本對(duì)比例是實(shí)施例1的對(duì)比例，本對(duì)比例涉及一種鎂合金及其構(gòu)件的制造方法，與實(shí)施例1不同之處僅在所述鎂合金不含S1、Fe、N1、Ga、In等混合反應(yīng)促進(jìn)元素，且不含Cu。
[0047]本對(duì)比例鎂合金制造的構(gòu)件在室溫下與水幾乎觀測(cè)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)，同時(shí)力學(xué)性能不佳，只能達(dá)到:200MPa，維氏硬度彡80HV。
[0048]對(duì)比例2。
[0049]本對(duì)比例是實(shí)施例2的對(duì)比例，本對(duì)比例涉及一種鎂合金及其構(gòu)件的制造方法，與實(shí)施例2不同之處僅在所述鎂合金的均勻化熱處理?xiàng)l件為550°C下10小時(shí)。
[0050]本對(duì)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(duì)水稍許加熱即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件與水的快速反應(yīng)。但力學(xué)性能不佳，只能達(dá)到:Rm彡260MPa，維氏硬度彡90HV。
[0051 ] 對(duì)比例3。
[0052]本對(duì)比例是實(shí)施例3的對(duì)比例，本對(duì)比例涉及一種鎂合金及其構(gòu)件的制造方法，與實(shí)施例3不同之處僅在所述鎂合金不進(jìn)行熱變形加工。
[0053]本對(duì)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(dá)到:Rm彡230MPa，維氏硬度彡70HV。
[0054]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)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(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強(qiáng)高硬鎂合金，其特征在于，包含組分及重量百分比為:Gd9.0~15.0%，Y3.0-5.0%，Cu0.4-1.4%,Zn0.4-1.2%，S1、Fe、N1、Ga、In等混合反應(yīng)促進(jìn)元素(MRAE )的總含量0.05?1.8%，Mg為余量，雜質(zhì)元素Be、Zr、Ca的總重量百分比小于0.0I %。2.—種權(quán)利要求1所述與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強(qiáng)高硬鎂合金的構(gòu)件制造方法，其特征在于，所屬制造方法包含如下步驟: 預(yù)處理:按權(quán)利要求1所述重量百分比稱取鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、銅、鋅、鎂硅中間合金、鎂鐵中間合金、鎳、鎵、銦等原材料，其中鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、銅、鋅、鎂硅中間合金、鎂鐵中間合金、鎳預(yù)熱； 熔煉澆注:將預(yù)處理后的金屬材料均勻混合，熔煉;經(jīng)覆蓋、精煉處理后澆注，得到鑄錠； 均勻化熱處理:對(duì)所述鑄錠在一定溫度下保溫一段時(shí)間； 熱變形加工:對(duì)所述鑄錠在一定溫度下進(jìn)行熱變形加工，得到鍛件或型材； 時(shí)效熱處理:對(duì)所述鍛件或型材在一定溫度下保溫一段時(shí)間。3.根據(jù)權(quán)利2所述的與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強(qiáng)高硬鎂合金的構(gòu)件制造方法，其特征在于，預(yù)處理的步驟中，所述預(yù)熱的溫度為200°C，時(shí)間8小時(shí)。4.根據(jù)權(quán)利2所述的與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強(qiáng)高硬鎂合金的構(gòu)件制造方法，其特征在于，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RJ6，所述的澆注溫度為680?720 °C。5.根據(jù)權(quán)利2所述的與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強(qiáng)高硬鎂合金的構(gòu)件制造方法，其特征在于，均勻化熱處理的步驟中，所述的保溫條件為480?520°C下4?24小時(shí)。6.根據(jù)權(quán)利2所述的與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強(qiáng)高硬鎂合金的構(gòu)件制造方法，其特征在于，熱變形加工的步驟中，所述的熱變形溫度為350?450°C，總變形量為70%?95%。7.根據(jù)權(quán)利2所述的與水發(fā)生可控反應(yīng)的高強(qiáng)高硬鎂合金的構(gòu)件制造方法，其特征在于，時(shí)效熱處理的步驟中，所述的保溫條件為180?250 °C下1?120小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22F1/06GK105950931SQ201610572656
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月20日
【發(fā)明人】肖旅
【申請(qǐng)人】肖旅