CN102644040A

CN102644040A - 提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺

Info

Publication number: CN102644040A
Application number: CN2012101684983A
Authority: CN
Inventors: 陈先华; 刘娟; 潘复生
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2012-08-22

Abstract

本发明提供一种提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺，将挤压塑性变形后的镁合金板材，在380～420℃固溶，保温4～6小时，水淬至室温，再加热至130～190℃时效，保温4～50小时，空冷至室温；以及直接将镁合金板材加热至130～200℃时效,保温4～90小时，空冷至室温。本发明能在保证良好力学性能的同时显著提高高强度变形镁合金的电磁屏蔽性能。经本发明所述的热处理工艺处理后的变形镁合金应用范围广泛，可满足3C产品、航空航天和国防军工等领域的实际需求。而且，本发明所用设备简单，成本较低，且容易操作。

Description

提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺

技术领域

本发明涉及变形镁合金材料的一种热处理工艺，特别涉及提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺方法。

背景技术

随着电子工业的发展和电子设备的高度应用，电磁辐射造成的电磁干扰不仅影响人们的正常生活，而且日益威胁国家的信息安全与军事机密。尤其是在电子对抗技术逐渐更新的现代化战场上，电磁波穿透各种军事设备的敏感器件时，可能致使对方无线电通讯指挥系统瘫痪、雷达迷茫、导弹火炮等武器失控。此外，电磁辐射也给人们的身体健康带来了严峻的挑战，如神经系统功能紊乱、免疫系统受损、内分泌系统功能下降等。因此，最大限度地屏蔽电磁辐射干扰不仅能够提高电子、电气设备运行的稳定性、安全性，而且还可以减轻对人类生活环境的电磁污染。

屏蔽材料是电磁辐射防护的重要手段，现有的屏蔽材料主要是金属材料和复合材料。然而，这两类材料在某些方面均存在一定的局限性，如金属材料(Cu、Fe、Ni及其合金)密度较大；复合材料的力学性能和电磁屏蔽性能不够高且屏蔽稳定性较差。与上述两类材料相比，镁合金具有密度低、比强度高、导电和导磁性能良好、不需要做太多复杂的处理，便能获得较好的屏蔽性能以满足电子、通信、航空航天和国防军事工业等领域对轻量化、节能和抗辐射等的需求。因此，镁及镁合金是一种十分有潜力的屏蔽材料，发展高强、高屏蔽的镁合金是屏蔽材料开发的重要方向。

然而，根据本发明的前期研究发现，高强度镁合金的屏蔽效能不高，这是由于添加较多的合金元素会影响镁合金的导电性能，从而降低其屏蔽性能。因此，改善高强度镁合金的电磁屏蔽性能十分重要。目前，适当的热处理工艺能够大幅度提高镁合金强度，有鉴于此，本发明申请人考虑从高强度变形镁合金入手，通过适当的热处理工艺来提高其电磁屏蔽性能。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺；经过所述热处理工艺，在保证良好力学性能的同时显著提高高强度变形镁合金的电磁屏蔽性能。

本发明的目的是这样实现的：提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺，其特征在于：将挤压塑性变形后的镁合金板材，在380~420℃固溶，保温4~6小时，水淬至室温，再加热至130~190℃时效，保温4~50小时，空冷至室温。

进一步，所述再加热为130~170℃时效，保温15~25小时，空冷至室温。

进一步，本发明提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺，还可以是将挤压塑性变形后的镁合金板材直接加热至130~200℃, 保温4~90小时，空冷至室温。

进一步，所述镁合金板材直接加热至150~170℃, 保温4~50小时，空冷至室温。

上述两种方案中，所述镁合金在挤压塑性变形前，先经过均匀化处理，即在热处理炉中对镁合金铸锭进行均匀化处理，工艺参数为：温度360~430℃，时间6~20小时。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的效果显著；挤压态的高强度变形镁合金通过本发明所述的热处理工艺，能在保证良好力学性能的同时显著提高其电磁屏蔽性能，解决了目前挤压态高强度镁合金由于电磁屏蔽性能不够高，而限制其应用范围的问题。

2、与本发明相近的热处理工艺一般都是用于改善镁合金的力学性能，而本发明将其运用于改善镁合金的电磁屏蔽性能，并取得了良好的效果，使高强度变形镁合金的电磁屏蔽性能大幅度提升，而力学性能也得到了保证。

3、本发明使用面广：可适用于多种牌号的商用高强度变形镁合金体系（如ZK系或AZ系）。

4、本发明成本较低：所采用的热处理炉为常用设备，且工艺简单成熟，容易操作，故成本较低。

附图说明

图1为ZK60镁合金挤压后的扫描组织照片；

图2为ZK60镁合金挤压后，经400℃固溶5小时，然后水淬，再经130℃时效4小时，空冷后的扫描组织照片；

图3为ZK60镁合金挤压后，经400℃固溶5小时，然后水淬，再经130℃时效20小时，空冷后的扫描组织照片；

图4为ZK60镁合金挤压后，经400℃固溶5小时，然后水淬，再经170℃时效25小时，空冷后的扫描组织照片；

图5为ZK60镁合金挤压后，经150℃时效4小时，空冷后的扫描组织照片；

图6为ZK60镁合金挤压后，经150℃时效15小时，空冷后的扫描组织照片；

图7为ZK60镁合金挤压后，经150℃时效25小时，空冷后的扫描组织照片；

图8为ZK60镁合金挤压后，经150℃时效50小时，空冷后的扫描组织照片。

图9为ZK60镁合金挤压后，经150℃时效90小时，空冷后的扫描组织照片。

具体实施方式

下面参照附图结合具体实施例，进一步阐述本发明，应说明的是：这些实施例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，本发明的保护范围不限于以下的实施例。

实施例1：一种提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺方法，

该热处理工艺包括以下步骤：

（1）采用镁合金原料：使用普通ZK60高强度变形镁合金铸锭为原料，合金成分（重量百分含量）为：6.37%Zn、0.53%Zr，杂质元素小于0.007%，其余为Mg。

（2）镁合金铸锭的均匀化处理：在热处理炉中进行镁合金铸锭的均匀化处理，工艺参数为：温度420℃，时间12小时。

（3）挤压塑性变形：将均匀化处理后的镁合金铸锭在挤压机上进行挤压，工艺参数为：挤压温度390℃，挤压比为3.33。

图1是ZK60变形镁合金铸锭，经挤压塑性变形后的扫描照片。从图中可以看出，挤压态的镁合金在晶界和晶内分布较多第二相（MgZn和MgZn₂），并且在变形比较严重的晶粒间还分布着细小的动态再结晶组织。经挤压变形后的ZK60镁合金在室温下的抗拉强度为283MPa，屈服强度为230MPa，延伸率为26%；频率为200MHz和1200MHz时，合金的屏蔽效能分别为60.2dB、55.8dB。

（4）固溶+时效热处理工艺：将挤压塑性变形后的变形镁合金在400℃固溶，保温5小时，水淬至室温，再加热至130℃时效，保温4小时，空冷至室温。

图2是挤压态ZK60镁合金经过固溶+时效热处理工艺后的金相组织照片。与上述步骤（3）所述的挤压态镁合金相比，晶粒尺寸较大，一些第二相在基体上析出。经本发明工艺固溶+时效处理的ZK60变形镁合金，在室温下的抗拉强度为327MPa，屈服强度为270MPa，延伸率为23%；频率为200MHz和1200MHz时，合金的屏蔽效能分别为63.7dB、56.8dB。

实施例2：镁合金原料及均匀化处理工艺、塑性变形、固溶热处理工艺和参数与实施例1相同。只是固溶热处理之后的时效热处理工艺参数不同，参数为：温度130℃，时间20小时。

经过实施例2处理得到的ZK60变形镁合金，在室温下的抗拉强度为319MPa，屈服强度为252MPa，延伸率为20%；频率为200MHz和1200MHz时，合金的屏蔽效能分别为68.7dB、60.0dB。

实施例3：采用同实施例1同样的镁合金原料、镁合金铸锭均匀化处理、挤压塑性变形、固溶热处理工艺，而且工艺参数完全相同。所不同的是将实施例1所述的固溶热处理之后的变形镁合金进行时效热处理的工艺参数不同，参数为：温度170℃，时间25小时。

图4是挤压态ZK60镁合金经过实施例3所述热处理后的扫描组织照片，从图中可以看出，合金的晶内和晶界均有大量第二相析出，呈弥散、均匀分布，并且第二相数量较图3明显增多。经实施例2处理得到的ZK60变形镁合金，在室温下的抗拉强度为327MPa，屈服强度为294MPa，延伸率为21%；频率为200MHz和1200MHz时，合金的屏蔽效能分别为70.5dB、63.1dB。

实施例4：采用同实施例1同样的镁合金原料、镁合金铸锭均匀化处理、挤压塑性变形，而且工艺参数完全相同。所不同的是挤压塑性变形后并没有进行如实施1所述的固溶处理工艺，而是直接进行人工时效处理，其工艺参数为：加热至150℃时效，保温4小时，空冷至室温。

经实施例4处理得到的ZK60变形镁合金，在室温下的抗拉强度为303MPa，屈服强度为241MPa，延伸率为20%；频率为200MHz和1200MHz时，屏蔽效能分别为71.7dB、65.5dB。

本实施例中挤压塑性变形后直接人工时效处理的ZK60镁合金扫描组织如图5所示。与图2对比可见，图5的晶粒较为细小，析出的第二相分布均匀、细小、密集，且数量较多。这是由于在直接时效的热处理状态下，合金保留了挤压塑性变形时的位错以及亚结构等变形组织，它们提供了大量的形核点，有利于第二相析出。

实施例5：本实施例采用的镁合金原料、镁合金铸锭均匀化处理、挤压塑性变形工艺都与实施例4相同，而且工艺参数也一致。与实施例4不同的是人工时效处理的保温时间不同，保温时间为15小时。

图6是挤压态ZK60镁合金经过150℃时效，保温15h热处理后的扫描照片。从图中可以看出，时效处理后的合金仍然保留了部分挤压塑性变形后的组织，即晶粒大小不均匀，镁基体上析出了大量细小的Mg-Zn第二相。经实施例5处理得到的ZK60变形镁合金，在室温下的抗拉强度为316MPa，屈服强度为269MPa，延伸率为20%；频率为200MHz和1200MHz时，屏蔽效能分别为77.3dB、71.6dB。

实施例6：本实施例采用的镁合金原料、镁合金铸锭均匀化处理、挤压塑性变形工艺都与实施例4相同，而且工艺参数也一致。所不同的是时效处理的保温时间不同，保温时间为25小时。

本实施例中合金人工时效处理（150℃×25h）后的扫描组织如图7所示，与图6相比，第二相的析出更加均匀。经实施例6处理得到的ZK60变形镁合金，在室温下的抗拉强度为304MPa，屈服强度为274MPa，延伸率为17%；频率为200MHz和1200MHz时，屏蔽效能分别为70.0dB、65.6dB。

实施例7：本实施例采用的镁合金原料、镁合金铸锭均匀化处理、挤压塑性变形工艺都与实施例4相同，而且工艺参数也一致。所不同的是时效处理的保温时间不同，保温时间为50h小时。

经实施例7处理得到的ZK60变形镁合金，在室温下的抗拉强度为313MPa，屈服强度为285MPa，延伸率为19%；频率为200MHz和1200MHz时，合金的屏蔽效能分别为79.5dB、68.4dB。

实施例8：本实施例采用的镁合金原料、镁合金铸锭均匀化处理、挤压塑性变形工艺都与实施例4相同，而且工艺参数也一致。所不同的是时效处理的保温时间不同，保温时间为90h小时。

图9是ZK60变形镁合金150℃直接时效，保温50h的扫描组织照片，与图5、6、7、8对比发现，合金在相同的温度下时效，随着时效时间的延长，第二相析出增多，并且晶粒尺寸稍微增大。经实施例8处理得到的ZK60变形镁合金，在室温下的抗拉强度为319MPa，屈服强度为295MPa，延伸率为16%；频率为200MHz和1200MHz时，合金的屏蔽效能分别为71.2dB、58.0dB。

表1 上述实施例中高强度变形镁合金电磁屏蔽性能和力学性能比较

镁合金屏蔽电磁波的作用机理是三种衰减机制（反射衰减、吸收衰减、内部多次反射衰减）共同作用的结果，凡是影响上述机制的各种因素（电导率、磁导率、材料厚度、频率等）均能在一定程度上影响合金的电磁屏蔽性能。尤其是合金的电导率变化对电磁屏蔽性能的影响较大，合金的电导率越高，其电磁屏蔽性能就越好。现在一般认为变形镁合金的电导率可以通过热处理调控。本发明通过控制热处理工艺，使镁合金中的合金元素以第二相的形式析出，减小了镁基体对传导电子的散射作用，从而提高合金的电导率，最终使热处理态合金的电磁屏蔽性能明显高于挤压态合金的屏蔽性能，而且合金的拉伸强度还有一定程度的上升。这是传统工艺技术所不具备的。

通过以上实施例及表1分析可知：普通高强变形镁合金通过本发明所述的热处理工艺，能获得电磁屏蔽性能和力学性能均良好的高强度变形镁合金。经本发明所述的热处理工艺处理后的高强度变形镁合金应用范围广泛，可满足3C产品、电子、通信、航空航天和国防军工等领域对高强、高屏蔽性能及轻量化材料的实际需求。而且，本发明所用工艺设备简单，成本较低且易于操作。

由于篇幅的原因，本发明仅以典型的高强度变形镁合金ZK60为实施对象，但并不排除本发明方法同样对其它类似的高强度变形镁合金具有等同的效果；本发明所述工艺的适用面广，可适用于ZK系、AZ系或ZM系等多种牌号的高强度变形镁合金体系。

同样，对本发明时效的温度、保温时间也不限于实施例的取值。时效温度根据高强度变形镁合金体系的不同，可选130~200℃左右的任何值，如140℃、160℃、175℃或190℃等；保温时间也是根据高强度变形镁合金体系的不同，可选4~90小时，如10小时、35小时或60小时等等；经过实验均可达到预期的效果，由于篇幅原因，在此不再累赘。本发明工艺方法尤其适合经过挤压塑性变形后，抗拉强度为250~400MPa的高强度镁合金提高电磁屏蔽性能。

Claims

1.提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺，其特征在于：将挤压塑性变形后的镁合金板材，在380~420℃固溶，保温4~6小时，水淬至室温，再加热至130~190℃时效，保温4~50小时，空冷至室温。

2.根据权利要求1所述的提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺，其特征在于：所述再加热为130~170℃时效，保温15~25小时，空冷至室温。

3.提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺，其特征在于：将挤压塑性变形后的镁合金板材直接加热至130~200℃, 保温4~90小时，空冷至室温。

4.根据权利要求3所述的提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺，其特征在于：所述镁合金板材直接加热至150~170℃, 保温4~50小时，空冷至室温。

5.根据权利要求1或3所述的提高高强度变形镁合金电磁屏蔽性能的热处理工艺，其特征在于：所述镁合金在挤压塑性变形前，先经过均匀化处理，即在热处理炉中对镁合金铸锭进行均匀化处理，工艺参数为：温度360~430℃，时间6~20小时。