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CN105624501B - 一种高塑性高屏蔽性能镁合金材料及制备方法与应用 - Google Patents

一种高塑性高屏蔽性能镁合金材料及制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高塑性高屏蔽性能镁合金材料及制备方法与应用，由以下组分组成：铝2.8‑3.2wt.％，钪0.05‑0.15wt.％，其余为镁和不可避免的杂质。将纯镁加热熔炼，当镁全部熔化，且镁液温度在710℃稳定后，将预热后的纯铝和镁钪中间合金按比例加入到镁液中，搅拌，静置，浇注得到镁合金铸锭。制得的镁合金铸锭的均匀化处理方法，包括如下步骤：在保护气体气氛下，将所述镁合金铸锭在420‑450℃均匀化处理12‑16h，然后水淬得到均匀化处理的镁合金铸锭。本发明的镁合金材料制备的镁合金板材或型材具有较高的屈服强度和抗拉强度，具有较高的延伸率，而且具有良好的屏蔽性能，克服了现有技术中高导电率高屏蔽效能镁合金延伸率低和强度低的弊端。

Description

一种高塑性高屏蔽性能镁合金材料及制备方法与应用
技术领域
本发明属于屏蔽材料及金属材料领域，具体涉及一种高塑性高屏蔽性能镁合金材料及制备方法与应用。
背景技术
随着电子工业的高速发展、电子设备的普遍使用，电磁干扰已成为一种社会公害。一方面电磁辐射会影响人们的身体健康，并且会对周围电子仪器设备造成干扰。另一方面电磁辐射会导致信息泄露，是计算机设备失去信息安全保障。为了克服上述弊端，采用屏蔽材料进行屏蔽是主要防范方法之一。因此电磁屏蔽材料成为当下研究的热点。
镁合金是以镁为基加入其它元素组成的合金，特点是密度小，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好，主要合金元素有铝锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金，主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。它是实用金属中的最轻的金属，而且具有优良电磁屏蔽性能的材料，且其他电磁屏蔽材料所无法比拟的一个优势，因此开发高塑性高屏蔽性能镁合金具有重要意义。
发明专利一种高导电率高屏蔽效能镁合金及其制备方法(申请号：201410763047.3)的一种高屏蔽镁合金板材，其性能为：抗拉强度170-212MPa、延伸率10％-15％、屏蔽性能70-105dB。但是作为结构材料，其力学性能不高，所以应用范围受到了限制。
发明内容
为了针对现有技术中存在的弊端，本发明提供一种高塑性高屏蔽性能镁合金材料及制备方法与应用。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种高塑性高屏蔽性能镁合金材料，其由以下组分组成：铝2.8-3.2wt.％，钪0.05-0.15wt.％，其余为镁和不可避免的杂质。
优选的，所述镁合金材料，其由以下组分组成：铝3.0wt.％，钪0.15wt.％，其余为镁和不可避免的杂质。
上述镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：
将纯镁加热熔炼，当镁全部熔化，且镁液温度在710℃稳定后，将预热后的纯铝和镁钪中间合金加入到镁液中，使各组分满足上述镁合金材料的配比，搅拌，静置，浇注得到镁合金铸锭。
由图4可知，铝和镁钪中间合金的熔点都在660℃以上，考虑到后面浇注时熔体的流动性，温度提高了30-50℃，也就是690-710℃，同时，加入铝和镁钪中间合金也选在浇注温度加入，既方便熔炼和搅拌，也避免熔炼过程烧损。
优选的，纯镁在保护气体保护下熔炼，熔炼的温度为690℃-710℃。
优选的，所述搅拌的时间为1-2min，静置的时间为3-5min。
优选的，预热后的纯铝和镁钪中间合金的温度为170-190℃。
优选的，所述浇注是指将混合液浇注在预热至220-240℃的坩埚中。
预热为了消除坩埚和配料(纯铝和镁钪中间合金)中的水分。
上述制备方法制得的镁合金铸锭的均匀化处理方法，包括如下步骤：在保护气体气氛下，将所述镁合金铸锭在420-450℃均匀化处理12-16h，然后水淬得到均匀化处理的镁合金铸锭。
上述镁合金材料在制备镁合金型材或镁合金板材中的应用。
由所述镁合金材料制备的型材或板材。
所述型材或板材的制备方法，包括如下步骤：将均匀化处理的镁合金材料车去表面的氧化皮，在300-350℃下预热30-40min，然后在300-350℃下等温挤压加工，得到型材或板材。
在300-350℃下等温挤压加工性能较好，晶粒细。在刚发生动态再结晶的情况下，温度较低时，细小晶粒来不及长大。
优选的，将得到的板材在280-320℃下进行多道次轧制得到设定厚度的板材。
进一步优选的，道次压下率为10-20％，优选为20％。
进一步优选的，道次间需要回炉，在280-320℃下保温15-20分钟；优选的，在320℃保温15分钟。
镁合金传热很快，所以很快就降低到了适合轧制的温度范围以下。保温时间是为了热透，使温度均匀。
优选的，所述等温挤压的挤压比为60-100，优选为80-100。
优选的，所述挤压的温度为350℃。
本发明的有益技术效果为：
本发明的镁合金材料制备的镁合金板材或型材具有较高的屈服强度(大于250MPa)和抗拉强度(大于300MPa)，具有较高的延伸率(延伸率≥20％)，而且具有良好的屏蔽性能(80-115dB)，克服了现有技术中高导电率高屏蔽效能镁合金延伸率低和强度低的弊端。
附图说明
图1为本发明实施例1的镁合金挤压型材微观组织；
图2为本发明实施例1的镁合金的拉伸应力应变曲线；
图3为本发明实施例1的镁合金电磁屏蔽性能；
图4为镁钪中间合金的二元相图。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步详细说明。
需要说明的是，这些实例中所述纯镁和纯镁纯度为99.98wt.％；钪是以5wt.％镁钪中间合金形式添加；保护气体为：99.8％的N2和0.2％的SF6(体积百分数)。
实施例1
一种高塑性高电磁屏蔽性能镁合金型材及其制备方法，包括如下步骤：
1、配料：以纯镁99.98wt.％Mg、纯铝99.98wt.％Al和5wt.％镁钪中间合金为原料，按照实施例配方为铝3.0wt.％、钪0.15wt.％、其余为纯镁和不可避免的杂质，计算和称取三种原料。
2、熔炼：在99.8％的N2和0.2％的SF6(体积百分数)气体覆盖下，先对工业纯镁在700℃进行熔炼，待全部熔化，温度上升至710℃稳定后加入预热至180℃的纯铝和镁钪中间合金，使纯铝和镁钪中间合金全部熔化并充分搅拌2分钟，将熔体在710℃静置5分钟，并去掉表面浮渣，在710℃的条件下浇注至预热240℃的坩埚中，制备出镁合金铸锭。
3、均匀化处理：将步骤2)所制备的镁合金铸锭在保护气氛环境中，进行16小时420℃的均匀化处理，然后水淬得到均匀化处理的镁合金铸锭。
4、挤压：将均匀化处理后的镁合金铸锭试样，车去表面的氧化皮，在350℃下预热30分钟，然后进行350℃下的等温挤压加工，得到需要的型材。挤压比为80。
5、性能测试：力学性能采用GB/T 228.1：2010标准加工室温拉伸试样，在济南试金WDW-200E万能拉伸试验机上对材料金相测试(拉伸速率为2mm/s)。密度测试采用阿基米德法进行测试。电磁屏蔽性能采用ASTM D4935-2010标准加工室温测试样品，采用DN1015型材料屏蔽效能同轴测试仪进行测试，测试频段为30～1500MHz。测定样品在30-1500MHz范围内的屏蔽性能。
最终，其屈服强度为270MPa，抗拉强度为340MPa，延伸率≥20％，密度为1.769g/cm3，测试频率范围内屏蔽性能为86-115dB。镁合金的微观组织、力学性能和屏蔽性能见分别见图1、图2和图3。
实施例2
一种高塑性高电磁屏蔽性能镁合金型材及其制备方法，包括如下步骤：
1、配料：以纯镁99.98wt.％Mg、纯铝99.98wt.％Al和5wt.％镁钪中间合金为原料，按照实施例配方为铝2.8wt.％、钪0.05wt.％、其余为纯镁和不可避免的杂质，计算和称取三种原料。
2、熔炼：在99.8％的N2和0.2％的SF6(体积百分数)气体覆盖下，先对工业纯镁在690℃进行熔炼，待全部熔化，温度上升至710℃稳定后加入预热至180℃的纯铝和镁钪中间合金，使纯铝和镁钪中间合金全部熔化并充分搅拌1.5分钟，将熔体在710℃静置5分钟，并去掉表面浮渣，在710℃的条件下浇注至预热230℃的坩埚中，制备出镁合金铸锭。
3、均匀化处理：将步骤2)所制备的镁合金铸锭在保护气氛环境中，进行14小时450℃的均匀化处理，然后水淬得到均匀化处理的镁合金铸锭。
4、挤压：将均匀化处理后的镁合金铸锭试样，车去表面的氧化皮，在350℃下预热35分钟，然后进行320℃下的等温挤压加工，得到需要的型材。挤压比为80。
5、性能测试：力学性能采用GB/T 228.1：2010标准加工室温拉伸试样，在济南试金WDW-200E万能拉伸试验机上对材料金相测试(拉伸速率为2mm/s)。密度测试采用阿基米德法进行测试。电磁屏蔽性能采用ASTM D4935-2010标准加工室温测试样品，采用DN1015型材料屏蔽效能同轴测试仪进行测试，测试频段为30～1500MHz。测定样品在30-1500MHz范围内的屏蔽性能。
最终，其屈服强度为260MPa，抗拉强度为345MPa，延伸率≥20％，密度为1.756g/cm3，测试频率范围内屏蔽性能为88-110dB。
实施例3
一种高塑性高电磁屏蔽性能镁合金板材及其制备方法，包括如下步骤：
1、配料：以纯镁99.98wt.％Mg、纯铝99.98wt.％Al和5wt.％镁钪中间合金为原料，按照实施例配方为铝3.1wt.％、钪0.10wt.％、其余为纯镁和不可避免的杂质，计算和称取三种原料。
2、熔炼：在99.8％的N2和0.2％的SF6(体积百分数)气体覆盖下，先对工业纯镁在
700℃进行熔炼，待全部熔化，温度上升至710℃稳定后加入预热至180℃的纯铝和镁钪中间合金，使纯铝和镁钪中间合金全部熔化并充分搅拌1分钟，将熔体在710℃静置3分钟，并去掉表面浮渣，在710℃的条件下浇注至预热240℃的坩埚中，制备出镁合金铸锭。
3、均匀化处理：将步骤1)所制备的镁合金铸锭在保护气氛环境中，进行15小时440℃的均匀化处理，然后水淬得到均匀化处理的镁合金铸锭。
4、塑性加工：将均匀化处理后的镁合金铸锭试样，车去表面的氧化皮，在330℃下预热40分钟，然后进行330℃下的等温挤压加工成8mm厚的板材，挤压比为60。在320℃下进行8道次轧制，8道次轧制后板材厚度分别为7mm、6mm、5mm、4.2mm、3.5mm、3mm、2.5mm、2mm。
5、性能测试：力学性能采用GB/T 228.1：2010标准加工室温拉伸试样，在济南试金WDW-200E万能拉伸试验机上对材料金相测试(拉伸速率为2mm/s)。密度测试采用阿基米德法进行测试。电磁屏蔽性能采用ASTM D4935-2010标准加工室温测试样品，采用DN1015型材料屏蔽效能同轴测试仪进行测试，测试频段为30～1500MHz。测定样品在30-1500MHz范围内的屏蔽性能。
最终，其屈服强度为265MPa，抗拉强度为337MPa，延伸率≥20％，密度为1.769g/cm3，测试频率范围内屏蔽性能为82-110dB。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种高塑性高屏蔽性能镁合金材料，其特征在于：由以下组分组成：铝2.8-3.2wt.％，钪0.05-0.15wt.％，其余为镁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述镁合金材料，其特征在于：由以下组分组成：铝3.0wt.％，钪0.15wt.％，其余为镁和不可避免的杂质。
3.权利要求1或2所述镁合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将纯镁加热熔炼，当镁全部熔化，且镁液温度在710℃稳定后，将预热后的纯铝和镁钪中间合金加入到镁液中，使各组分满足所述镁合金材料的配比，搅拌，静置，浇注得到镁合金铸锭。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：纯镁在保护气体保护下熔炼，熔炼的温度为690℃-710℃；预热后的纯铝和镁钪中间合金的温度为170-190℃；所述搅拌的时间为1-2min，静置的时间为3-5min；所述浇注是指将混合液浇注在预热至220-240℃的坩埚中。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：制得的镁合金铸锭的均匀化处理方法，包括如下步骤：在保护气体气氛下，将所述镁合金铸锭在420-450℃均匀化处理12-16h，然后水淬得到均匀化处理的镁合金铸锭。
6.权利要求1或2所述镁合金材料在制备镁合金型材或镁合金板材中的应用。
7.由权利要求1或2所述镁合金材料制备的型材或板材。
8.权利要求7所述型材或板材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将均匀化处理的镁合金材料车去表面的氧化皮，在300-350℃下预热30-40min，然后在300-350℃下等温挤压加工，得到型材或板材。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：将得到的板材在280-320℃下进行多道次轧制得到设定厚度的板材；或，道次压下率为10-20％，或，道次间需要回炉，在280-320℃下保温15-20分钟。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述的道次压下率为20％；所述的道次间需要回炉在320℃保温15分钟。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述等温挤压的挤压比为60-100。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述等温挤压的挤压比为80-100。
13.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述挤压的温度为350℃。
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