CN115821133B - 一种高导电高塑性变形镁合金及其制备方法 - Google Patents
一种高导电高塑性变形镁合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115821133B CN115821133B CN202211570551.2A CN202211570551A CN115821133B CN 115821133 B CN115821133 B CN 115821133B CN 202211570551 A CN202211570551 A CN 202211570551A CN 115821133 B CN115821133 B CN 115821133B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- magnesium
- conductivity
- pure
- casting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 73
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 26
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 149
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 149
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 72
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 62
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 59
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 15
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 17
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 16
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 14
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 14
- RIAXXCZORHQTQD-UHFFFAOYSA-N lanthanum magnesium Chemical compound [Mg].[La] RIAXXCZORHQTQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 11
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 10
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 9
- KBMLJKBBKGNETC-UHFFFAOYSA-N magnesium manganese Chemical compound [Mg].[Mn] KBMLJKBBKGNETC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 17
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 229910000905 alloy phase Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 29
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 24
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 21
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 4
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910019074 Mg-Sn Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910019382 Mg—Sn Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 description 2
- 229910008897 Sn—La Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019021 Mg 2 Sn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000013100 final test Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010137 moulding (plastic) Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
本发明属于镁合金制备技术领域，公开了一种高导电高塑性变形镁合金及其制备方法。所述高导电高塑性变形镁合金，包含以下按质量分数计的组分：Sn1.5～2％，La1.6～2.2％，Zn0.3～0.5％，Mn0.02～0.05％，余量为Mg。所述方法：将纯镁、纯锡、纯锌、Mg‑Mn和Mg‑La中间合金熔化混匀，获得合金液；将合金液浇注成型，获得铸件；将铸件均匀化热处理，冷却，热轧。本发明通过特定的合金体系设计并调控合金元素加入量，优化合金相，配合热加工工艺，得到具备较高强度、优异塑性和高导电的镁合金。本发明获得的镁合金具备接近纯镁板材的电导率，室温抗拉强度不低于220MPa，延伸率超过了28％。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金技术领域，具体涉及一种近纯镁导电性能的高塑性变形镁合金及其制备方法。
背景技术
随着工业社会的进一步发展，对于环境问题表现出更多的关注。镁合金作为最轻的金属结构材料，其性能的提升以及应用领域的扩展成为了工业技术领域关注的对象。特别是新能源技术和电子技术的快速发展，对于材料部件的散热、传导和电磁屏蔽等性能都提出了更高要求。在金属中，Ag和Cu具有高电导率优势，但其成本高，限制其在民用领域的大规模应用，同时具有较高的密度，不符合当前材料轻量化和节能减排的实际需求。铝和镁在较高导电性能的合金中具有显著的轻量化优势，且镁及其合金还具有非常突出的电磁屏蔽特性。
电子设备的大规模运用以及移动通信技术的提速发展对于通信外壳、滤波器等金属器件有了更高的性能需求，包括其导电/导热及电磁屏蔽效能。对于金属材料，导热和电磁屏蔽性能均与其电导率之间存在正相关关系，即导电越高，导热越好，电磁屏蔽性能越优异。因此，充分利用镁合金的轻质和电磁屏蔽等特性，发展具有高导电的镁合金具有重要的现实意义。在轻质的导电金属中，对于密度比铝合金低、导电率大于常用铝合金的材料(＞17MS/m)有了迫切需求，镁合金以其良好的导电导热性能以及电磁屏蔽性能成为具备满足需求潜力的材料体系。
纯镁的电导率为23.5MS/m，但其强度很低，且变形性差，难以直接应用。常用合金化手段使其达到相应的强度要求。通常，合金化会显著降低镁合金的导电导热性能，如商用AZ31合金电导率不到11MS/m，无法满足当前电子、散热等器件对材料的导电导热需求。因此，需要进一步设计优化合金化元素及其含量。另外，镁为密排六方金属，在挤压或轧制等塑性变形过程中，很容易形成强基面织构，相对铝合金来说，其成型性不佳，塑性较差，这导致了在零部件成型加工过程中的困难。为了适应复杂多样结构的加工过程，还要求镁合金具备良好的塑性。
发明专利CN111218597A公开了一种高导热超高塑性镁合金及其制备方法，其合金组分按质量百分含量为：3.0～6.0％Zn，0.25～0.65％Mn，0.15～0.65％Ca，0.05～0.45％La，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质总含量≤0.15％。通过熔炼、铸造、三向自由锻预塑性变形、挤压塑性成型，得到热导率在135～140W/(m·K)，延伸率30～35％的变形镁合金。该专利公开的合金Zn元素含量较高，铸造过程易于产生热裂，且经两阶段塑性变形，制备工艺相对复杂。
发明专利申请CN108517447A公开了一种高塑性镁合金及其制备方法，该镁合金组分按质量百分含量为：0.5～2.0％Sn，0.5～1.0％Ca，0.5～0.8％Zn，不可避免杂质≤0.03％，余量为Mg。通过挤压得到板材具有延伸率为25％-30％的室温塑性。发明专利申请CN108425056A公开了一种含稀土钇的室温高塑性镁合金及其制备方法，该镁合金组分按质量百分含量为：0.2～0.3％Sn，0.6～1.4％Y，不可避免的杂质≤0.15％，余量为Mg。通过在挤压过程中形成稀土织构，促进非基面滑移，表现出38％的室温延伸率。
上述专利涉及到了高塑性镁合金的成分设计及制备方法，通过在Mg-Sn中加入碱土或稀土可得到优良的室温塑性，然而这些专利均未涉及合金的电导率性能。对于金属合金的电导率/热导率而言，其最大上限是纯金属的电导率/热导率。在电导率较为良好的Mg-Zn系合金基础上得到了同时具备热导率与室温塑性的变形镁合金，尽管其导电率/热导率较为优异，但与纯镁的导电率/热导率仍有较大差距，还有进一步的提升空间。
发明内容
为了拓宽导热镁合金的体系、追求更接近纯镁的电导率，本发明提供了一种高导电高塑性变形镁合金及其制备方法。本发明以Mg-Sn合金为基础，通过加入La、Zn、Mn合金等元素调控合金组织，通过热处理及轧制变形实现合金接近纯镁的电导率以及优异的室温塑性。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种高导电高塑性变形镁合金，包含以下按质量分数计的组分：
Sn：1.5～2.0％
La：1.6～2.2％
Zn：0.3～0.5％
Mn：0.02～0.05％
余量为Mg。
所述高导电高塑性变形镁合金是将Mg-Sn-La-Zn-Mn合金进行熔炼、铸造、均匀化热处理和热轧工艺处理得到。
所述高导电高塑性变形镁合金通过以下方法制备得到：以纯镁、纯锡、纯锌、Mg-Mn和Mg-La中间合金为原料；将纯镁、纯锡、纯锌、Mg-Mn和Mg-La中间合金熔化混匀，获得合金液；将合金液浇注成型，获得铸件；将铸件进行均匀化热处理，冷却，再进行热轧，得到高导电高塑性变形镁合金；
所述均匀化热处理的温度为480-520℃，热处理的时间为8-24h；所述热轧条件为温度为400-450℃，总压下量为60-80％，道次变形量为10-15％。
所述高导电高塑性变形镁合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)以纯镁、纯锡、纯锌、Mg-Mn和Mg-La中间合金为原料；在保护性氛围下，将纯镁熔化，加入纯锡、镁镧中间合金以及纯锌，升温并保温熔融，加入镁锰中间合金，混匀，获得合金液；
(2)将合金液降温，精炼除气，然后撇去浮渣，保温静置；
(3)将合金液浇铸至预热的模具中凝固，获得铸件；
(4)将铸件进行均匀化热处理，冷却，再进行热轧，得到高导电高塑性变形镁合金。
步骤(4)中，所述热轧为多道次热轧，热轧的条件：热轧温度为400～450℃，总变形量60～80％，道次变形量为10～20％。
步骤(3)中所述模具的预热温度为150℃～250℃。
步骤(4)中所述均匀化热处理的温度为480℃～520℃，均匀化热处理的时间为8～24h。
步骤(4)中热轧工艺处理的条件：热轧温度为400～450℃，总变形量60～80％，道次变形量为10～15％.
步骤(4)中，热轧每道次需回炉保温10-15min，最后道次结束需回炉退火20-30min。回炉保温温度与热轧温度相同，即400～450℃。
镁镧中间合金为Mg-30La中间合金，镁锰中间合金为Mg-10Mn。
所述原料在使用前进行预热，预热的温度为190～210℃。所述保护性氛围为99.5.vol％SF6和0.5.vol％CO2混合气体。所述保温熔融的温度为740～760℃；保温熔融的时间为20-30min。
步骤(2)中所述合金液在精炼除气前进行降温；精炼除气是指用旋转喷吹法向熔体中通入高纯氩气进行精炼除气。所述保温静置的时间为15-20min。
所述合金液降温是指降温至700～720℃；
所述高纯氩气精炼除气时间为5-10min。
步骤(4)中所述冷却为随炉冷却。
对各合金元素以及各工艺步骤作用及其机制阐述如下：
在Mg-Sn合金中加入La元素，会在合金组织中生成MgSnLa化合物，当Sn与La元素的加入量达到平衡时，Mg基体中固溶原子数量显著降低，有效抑制固溶原子对镁合金导电性能的不利影响；再者，MgSnLa化合物以共晶组织形态存在，且形貌呈纤维状，给自由电子提供了较多的传输通道，对保持高的电导率是有利的。Zn元素是在镁合金中对于电/热导率影响较小的元素之一，微量添加Zn元素对于Mg-Sn-La合金的电导率影响较小，且能增强合金的力学性能。在均匀化热处理过程中，合金中的沉淀相会发生球化，进一步改善合金的电导率。
Sn的加入能明显降低镁合金层错能，Zn则有利于锥面滑移的开启，两者均有利于镁合金的本征塑性。La稀土的加入能避免在塑性变形中形成强基面织构，改善合金塑性。热轧工艺过程会使合金内发生动态再结晶，晶粒尺寸的细化也有助于合金强塑性的改善。Mn元素的存在可以有效控制镁合金中的Fe杂质，保持合金力学性能的稳定性，在热变形过程中也会促进合金的动态再结晶过程。Sn、Zn元素在合金中若以Mg2Sn、Mg2Zn相析出时会导致镁合金塑性的下降，而本发明的合金设计有效地避免了Mg2Sn和Mg2Zn相的析出，转而以MgSnLa和(Mg，Zn)12La相的形式存在，减少了析出相对于镁合金塑性的损害。
与现有技术相比，本发明通过成分设计，改善析出相的类型，实现近纯镁的电导率，其优异的塑性能满足各类零部件的后续加工工艺，此外，该合金及其制备过程契合于常规工业化设备，便于实现大规模生产。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明提出的Mg-Sn-La合金铸态的电导率可达到21.7MS/m，经过均匀化热处理后电导率提升至22.8MS/m以上，接近铸态纯镁的电导率23.4MS/m。
(2)本发明中通过Sn/La复合并辅以少量Zn的独特合金化设计，显著降低Sn固溶，避免生成Mg2Sn、Mg2Zn、Mg12La等影响合金塑性的析出相，促进了具有优异塑性本征特性的MgSnLa合金相析出。
(3)本发明添加的少量Mn元素能有效降低熔体中的Fe等杂质含量，纯化合金以保持性能的稳定，在塑性变形过程中，剩余的Mn能作为形核基底促进再结晶过程。
(4)本发明的合金体系元素含量低，铸造坯锭不易热裂，经过普通轧制工艺制备成型，工艺流程简单，成本低廉，易于实现产业化生产。
(5)本发明制备出兼具优异导电、较高强度和高塑性的镁合金板材。电导率保持在21.8～22.2MS/m之间，接近纯镁板材。抗拉强度高于225MPa，延伸率超过28％，显著高于纯镁板材的抗拉强度140MPa和延伸率8％。
附图说明
图1为实施例1中铸态Mg-1.8Sn-2.0La-0.3Zn-0.03Mn合金的SEM组织图；
图2为实施例1中轧制态Mg-1.8Sn-2.0La-0.3Zn-0.03Mn合金的SEM组织图；
图3为对比例1和实施例1的轧制态合金板材拉伸应力应变曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例以及对比例对本发明作进一步详细地描述，但本发明的实施方式不限于此。
对比例1：热轧纯镁板材
本对比例使用纯镁作为原材料，通过相同的制备工艺流程得到热轧纯镁板材，作为实施例的性能参照，其制备方法包括以下步骤：
(1)将纯镁在SF6和CO2混合气体的保护下熔炼，熔炼温度为700℃。完全熔化后保温10min。
(2)通过旋转喷吹法向熔体内通入高纯氩气除气精炼5min，扒去浮渣，保温静置15min，将熔体浇铸至预热200℃的金属型模具中，冷却后得到纯镁铸件。
(3)将得到的纯镁铸件在热处理炉中进行均匀化处理，热处理温度为400℃，保温时间12h，冷却方式为随炉冷却，得到均匀化纯镁铸件。
(4)在双辊轧机上对均匀化铸件进行轧制工艺处理，将均匀化纯镁铸件放入热处理炉中预热，开轧温度为400℃，总压下量为80％，道次变形量为10-15％，道次间回炉保温5min，热轧完成后回炉退火20min，得到轧制态纯镁板材。
为了表征上述合金的组织和性能特性，利用扫描电子显微镜(型号：Zeiss Gemini300)观察合金的显微组织。利用涡流电导仪(型号：FD101，标准：GB/T 12966-2008)测量合金的电导率。利用电子万能材料试验机(型号：AG-X-100KN，标准：GB/T228-2010)获得拉伸曲线。导电性能和力学性能测试方法说明如下。
导电性能测试：
本发明严格按照测试标准测定镁合金的电导率数值，测试仪器为FD101涡流电导仪，样品的测试表面使用砂纸打磨以保证表面光洁度。在整块样品的多个区域测定不少于10组电导率数据，取平均值作为样品的电导率数值。
力学性能测试：
本发明依据国标GB/T 228.1在Shimadzu AG-X100KN型万能试验机上进行力学性能测试，测试样品通过线切割加工成狗骨状拉伸试样，并使用砂纸打磨上下表面，消除加工缺陷对实验结果的影响。本试验每组合金在拉伸速度为1mm/min、室温(25℃)条件下测试3次，记录应力应变曲线，获得性能数据，并取平均值作为最终测试数据。根据GB/T 228.1标准进行图像和数据处理，去掉夹持段滑移部分的位移量。试样的标距10mm，延伸率δ按下面的公式计算：
δ＝(l1-l0)/l0×100％
式中，δ为伸长率，％；l0为试样的标距长度，mm；l1试样断后标距部分的长度，mm。
铸态纯镁的电导率为23.4MS/m，经过轧制变形后，由于变形组织(再结晶晶界、孪晶界等)的存在，纯镁板材的电导率稍有下降，为22.7MS/m，抗拉强度为140MPa，延伸率为8％。
对比例2：热轧商用AZ31板材
本对比例使用商用AZ31合金作为原材料，通过相同的制备工艺得到热轧AZ31板材。AZ31是目前最常用的变形镁合金体系，其性能参数对于本发明得到的合金性能有很好的对照价值。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将商用AZ31合金作为原材料，在SF6和CO2混合气体的保护下先熔炼纯镁，熔炼温度为700℃。完全熔化后保温10min，使成份均质化。
(2)通过旋转喷吹法向熔体中通入高纯氩气除气精炼5min，扒去浮渣，保温静置15min，将熔体浇铸至预热200℃的金属型模具中，冷却后得到AZ31合金铸件。
(3)将得到的AZ31合金铸件在热处理炉中进行均匀化处理，热处理温度为400℃，保温时间12h，冷却方式为随炉冷却，得到均匀化AZ31合金铸件。
(4)在双辊轧机上对均匀化铸件进行轧制工艺处理，将均匀化AZ31合金铸件放入热处理炉中预热，开轧温度为400℃，总压下量为80％，道次变形量为10-15％，道次间回炉保温5min，热轧完成后回炉退火20min，得到轧制态AZ31合金板材。
经过轧制变形后，AZ31板材的电导率为10.5MS/m，抗拉强度为250MPa，延伸率为20％。
对比例3：热轧Mg-2Sn-1Zn板材
本对比例配制的合金组分按质量百分比计如下：Sn：2.0％，Zn：1.0％，余量为Mg。采用纯镁、纯锡、纯锌进行配制。
本实施例合金制备工艺流程与对比例1基本相同，根据合金成分不同，采用的熔炼工艺参数以及热处理、热轧温度等存在差异，其具体制备工艺流程如下：
(1)将纯镁、纯锡、纯锌作为原材料，按比例称量。在SF6和CO2混合气体的保护下先熔炼纯镁，熔炼温度为700℃。完全熔化后加入纯锡、纯锌，升温至730℃，保温20min，搅拌熔体，使成份均质化。
(2)使熔体降温至700℃，通过旋转喷吹法通入高纯氩气除气精炼5min，扒去浮渣，保温静置15min，将熔体浇铸至预热200℃的金属型模具中，冷却后得到合金铸件。
(3)将得到的合金铸件在热处理炉中进行均匀化热处理，热处理的条件为350℃/6h+500℃/6h，冷却方式为随炉冷却，得到成分与组织均匀的合金铸件。
(4)在双辊轧机上对均匀化铸件进行轧制工艺处理，将均匀化合金铸件放入热处理炉中预热，开轧温度为400℃，总压下量为80％，道次变形量为10-15％，道次间回炉保温5min，热轧完成后回炉退火30min，得到轧制态合金板材。
经测试，经过轧制变形后，Mg-2Sn-1Zn板材的电导率为15.0MS/m，抗拉强度为210MPa，延伸率为22％。
对比例4：热轧Mg-1.8Sn-1.3La-0.3Zn板材
本对比例配制的合金组分按质量百分比计如下：Sn：1.8％，La：1.3％，Zn：0.3％，余量为Mg。采用纯镁、纯锡、纯锌和Mg-30La中间合金进行配制。
本对比例合金制备工艺流程与对比例1基本相同，根据合金成分不同，采用的熔炼工艺参数以及热处理、热轧温度等存在差异，其具体制备工艺流程如下：
(1)将纯镁、纯锡、纯锌和镁镧中间合金作为原材料，按比例称量。在SF6和CO2混合气体的保护下先熔炼纯镁，熔炼温度为700℃。完全熔化后加入纯锡、纯锌和镁镧中间合金，升温至750℃，保温20min，搅拌熔体，使成份均质化。
(2)使熔体降温至710℃，通过旋转喷吹法通入高纯氩气除气精炼5min，扒去浮渣，保温静置15min，将熔体浇铸至预热200℃的金属型模具中，冷却后得到合金铸件。
(3)将得到的合金铸件在热处理炉中进行均匀化热处理，热处理温度为500℃，保温时间12h，冷却方式为随炉冷却，得到成分与组织均匀的合金铸件。
(4)在双辊轧机上对均匀化铸件进行轧制工艺处理，将均匀化合金铸件放入热处理炉中预热，开轧温度为450℃，总压下量为80％，道次变形量为10-15％，道次间回炉保温5min，热轧完成后回炉退火30min，得到轧制态合金板材。
经测试，经过轧制变形后，Mg-1.8Sn-1.3La-0.3Zn板材的电导率为19.5MS/m，抗拉强度为200MPa，延伸率为16％。
实施例1：
本实施例配制的合金组分按质量百分比计如下：Sn：1.8％，La：2.0％，Zn：0.3％，Mn：0.03％，余量为Mg。采用纯镁、纯锡、纯锌、Mg-10Mn和Mg-30La中间合金进行配制。
本实施例合金制备工艺流程与对比例1基本相同，根据合金成分不同，采用的熔炼工艺参数以及热处理、热轧温度等存在差异，其具体制备工艺流程如下：
(1)将纯镁、纯锡、纯锌和镁镧中间合金作为原材料，按比例称量。在SF6和CO2混合气体的保护下先熔炼纯镁，熔炼温度为700℃。完全熔化后加入纯锡、纯锌和镁镧中间合金，升温至750℃，保温20min，加入镁锰中间合金，搅拌熔体，使成份均质化。
(2)使熔体降温至710℃，通过旋转喷吹法通入高纯氩气除气精炼5min，扒去浮渣，保温静置15min，将熔体浇铸至预热200℃的金属型模具中，冷却后得到合金铸件。
(3)将得到的合金铸件在热处理炉中进行均匀化热处理，热处理温度为500℃，保温时间12h，冷却方式为随炉冷却，得到成分与组织均匀的合金铸件。
(4)在双辊轧机上对均匀化铸件进行轧制工艺处理，将均匀化合金铸件放入热处理炉中预热，开轧温度为450℃，总压下量为80％，道次变形量为10-15％，道次间回炉保温5min，热轧完成后回炉退火30min，得到轧制态合金板材。
图1和图2分别为实施例1合金的铸态和轧制态的SEM图，可以观察到合金组织主要由α-Mg、MgSnLa共晶组织以及(Mg,Zn)12La相组成，共晶组织呈纤维状，经过均匀化热处理以及热轧工艺后，组织球化并破碎，形成了更细小分散的合金组织特征，为自由电子运动提供有更多的通路，有利于合金电导率改善。
经测试，本实施例铸态合金为21.5MS/m，经过均匀化热处理和轧制工艺，合金电导率为22MS/m，抗拉强度为230MPa，延伸率为30％。与对比例1相比，其电导率达到相同工艺处理的纯镁板材的96.9％，非常接近。力学性能则有了明显的改善，抗拉强度提高了64.2％，延伸率提高了275％。与对比例2相比，本实施例的抗拉强度接近商用AZ31板材，延伸率提高了50％，而电导率有了显著的提升，提升了109％。与对比例3相比，由于La的加入使得本实施例的电导率提升了46％，在不降低力学性能的前提下显著改善了合金的导电性能。与对比例4相比，本实施例优化了Sn、La含量的配比，在导电性能和力学性能方面均得到了明显的提升，电导率和延伸率分别提升了13％和87％。
因此，本实施例通过合金设计、铸造、热处理及热轧工艺得到了在接近纯镁电导率的情况下，实现了镁合金的良好塑性，强度与商用变形镁合金相当，扩宽了镁合金的应用潜能，有助于工业化选材。
图3为对比例1和实施例1轧制态合金板材的拉伸应力应变曲线。
实施例2：
本实施例配制的合金组分按质量百分比计如下：Sn：1.5％，La：1.8％，Zn：0.5％，Mn：0.05％，余量为Mg。采用纯镁、纯锡、纯锌、Mg-10Mn和Mg-30La中间合金进行配制。
本实施例合金制备工艺流程与实施例1基本相同，根据合金成分不同，采用的熔炼工艺参数以及热处理、热轧温度等存在差异，其具体制备工艺流程如下：
(1)将纯镁、纯锡、纯锌和镁镧中间合金作为原材料，按比例称量。在SF6和CO2混合气体的保护下先熔炼纯镁，熔炼温度为700℃。完全熔化后加入纯锡、纯锌和镁镧中间合金，升温至750℃，保温25min，加入镁锰中间合金，搅拌熔体，使成份均质化。
(2)使熔体降温至700℃，通过旋转喷吹法通入高纯氩气除气精炼5min，扒去浮渣，保温静置15min，将熔体浇铸至预热200℃的金属型模具中，冷却后得到合金铸件。
(3)将得到的合金铸件在热处理炉中进行均匀化热处理，热处理的温度为480℃，保温时间10h，冷却方式为随炉冷却，得到成分与组织均匀的合金铸件。
(4)在双辊轧机上对均匀化铸件进行轧制工艺处理，将均匀化合金铸件放入热处理炉中预热，开轧温度为420℃，总压下量为80％，道次变形量为10-15％，道次间回炉保温5min，热轧完成后回炉退火20min，得到轧制态合金板材。
经测试，本实施例合金经过均匀化热处理和轧制工艺，其电导率为22.2MS/m，抗拉强度为225MPa，延伸率为32％。与对比例1相比，其电导率达到相同工艺处理的纯镁板材的97.8％，非常接近。且力学性能则有明显改善，抗拉强度提高50％，延伸率提高300％。与对比例2相比，本实施例的抗拉强度接近商用AZ31板材，延伸率提高了60％，而电导率有了显著的提升，提升了111％。与对比例3相比，由于La的加入使得本实施例的电导率提升了48％，在不降低力学性能的前提下显著改善了合金的导电性能。与对比例4相比，本实施例优化了Sn、La含量的配比，在导电性能和力学性能方面均得到了明显的提升，电导率和延伸率分别提升了14％和100％。
因此，本实施例通过合金设计、铸造、热处理及热轧工艺得到了在接近纯镁电导率的情况下，实现了镁合金的良好塑性，强度与商用变形镁合金相当，扩宽了镁合金的应用潜能，有助于工业化选材。
实施例3：
本实施例配制的合金组分按质量百分比计如下：Sn：2.0％，La：2.2％，Zn：0.5％，Mn：0.03％，余量为Mg。采用纯镁、纯锡、纯锌、Mg-10Mn和Mg-30La中间合金进行配制。
本实施例合金制备工艺流程与实施例1基本相同，根据合金成分不同，采用的熔炼工艺参数以及热处理、热轧温度等存在差异，其具体制备工艺流程如下：
(1)将纯镁、纯锡、纯锌、和镁镧中间合金作为原材料，按比例称量。在SF6和CO2混合气体的保护下先熔炼纯镁，熔炼温度为700℃。完全熔化后加入纯锡、纯锌和镁镧中间合金，升温至760℃，保温20min，加入镁锰中间合金，搅拌熔体，使成份均质化。
(2)使熔体降温至720℃，通过旋转喷吹法通入高纯氩气除气精炼5min，扒去浮渣，保温静置15min，将熔体浇铸至预热200℃的金属型模具中，冷却后得到合金铸件。
(3)将得到的合金铸件在热处理炉中进行均匀化处理，热处理温度为500℃，保温时间16h，冷却方式为随炉冷却，得到成分与组织均匀的合金铸件。
(4)在双辊轧机上对均匀化铸件进行轧制工艺处理，将均匀化合金铸件放入热处理炉中预热，开轧温度为450℃，总压下量为80％，道次变形量为10-15％，道次间回炉保温5min，热轧完成后回炉退火25min，得到轧制态合金板材。
经测试，本实施例合金经过均匀化热处理和轧制工艺，其电导率为21.8MS/m，抗拉强度为235MPa，延伸率为28％。与对比例1相比，其电导率达到相同工艺处理的纯镁板材的96.0％。力学性能则明显改善，抗拉强度提高67.8％，延伸率提高250％。与对比例2相比，本实施例的抗拉强度接近商用AZ31板材，延伸率提高了40％，而电导率有了显著的提升，提升了107％。与对比例3相比，由于La的加入使得本实施例的电导率提升了45％，在不降低力学性能的前提下显著改善了合金的导电性能。与对比例4相比，本实施例优化了Sn、La含量的配比，在导电性能和力学性能方面均得到了明显的提升，电导率和延伸率分别提升了12％和75％。
因此，本实施例通过合金设计、铸造、热处理及热轧工艺得到了在接近纯镁电导率的情况下，实现了镁合金的良好塑性，强度与商用变形镁合金相当，扩宽了镁合金的应用潜能，有助于工业化选材。
为更方便对比本发明的有益效果，将对比例和实施例中合金的电导率、抗拉强度、延伸率汇总于表1。
表1对比例和实施例中各合金的性能
本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高导电高塑性变形镁合金，其特征在于：包含以下按质量分数计的组分：
Sn：1.5～2％
La：1.6～2.2％
Zn：0.3～0.5％
Mn：0.02～0.05％
余量为Mg；
所述高导电高塑性变形镁合金通过以下方法制备得到：以纯镁、纯锡、纯锌、Mg-Mn和Mg-La中间合金为原料；将纯镁、纯锡、纯锌、Mg-Mn和Mg-La中间合金熔化混匀，获得合金液；将合金液浇注成型，获得铸件；将铸件进行均匀化热处理，冷却，再进行热轧，得到高导电高塑性变形镁合金；
所述均匀化热处理的温度为480-520℃，热处理的时间为8-24h；所述热轧的条件为温度为400-450℃，总压下量为60-80％，道次变形量为10-15％；
镁合金的电导率为21.8～22.2MS/m，抗拉强度为225~235MPa，延伸率为28~32%。
2.根据权利要求1所述高导电高塑性变形镁合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在保护性氛围下，将纯镁熔化，加入纯锡、镁镧中间合金以及纯锌，升温并保温，加入镁锰中间合金，混匀，获得合金液；
(2)将合金液降温，精炼除气，然后撇去浮渣，保温静置；
(3)将合金液浇注至预热的模具中凝固，获得铸件；
(4)将铸件进行均匀化热处理，冷却，再进行热轧，得到高导电高塑性变形镁合金。
3.根据权利要求2所述高导电高塑性变形镁合金的制备方法，其特征在于：
步骤(4)中，所述热轧为多道次热轧，热轧的条件：热轧温度为400～450℃，总变形量60～80％，道次变形量为10～15％；
步骤(4)中，热轧每道次需回炉保温2-15min，最后道次结束需回炉退火20-30min；回炉保温温度与热轧温度相同，即400～450℃；
所述镁镧中间合金为Mg-30La中间合金，镁锰中间合金为Mg-10Mn中间合金。
4.根据权利要求2所述高导电高塑性变形镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，合金液降温是指降温至700～720℃；
步骤(2)中，精炼除气的时间为5-10min；保温静置的时间15-20min；
步骤(3)中，模具预热的温度为150℃～250℃。
5.根据权利要求2所述高导电高塑性变形镁合金的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中原料在使用前进行预热，预热的温度为190～210℃；所述保护性氛围为99.5.vol％SF6和0.5.vol％CO2混合气体；
所述保温的温度为740～760℃；保温的时间为20-30min；
步骤(4)中所述冷却为随炉冷却。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211570551.2A CN115821133B (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 一种高导电高塑性变形镁合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211570551.2A CN115821133B (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 一种高导电高塑性变形镁合金及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115821133A CN115821133A (zh) | 2023-03-21 |
| CN115821133B true CN115821133B (zh) | 2024-05-07 |
Family
ID=85545407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211570551.2A Active CN115821133B (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 一种高导电高塑性变形镁合金及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115821133B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140332121A1 (en) * | 2012-01-30 | 2014-11-13 | Korea Institute Of Machinery And Materials | Magnesium alloy having high ductility and high toughness, and preparation method thereof |
| CN104451304A (zh) * | 2014-12-13 | 2015-03-25 | 重庆大学 | 一种高电导率高屏蔽效能镁合金及其制备方法 |
| CN111254333A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-06-09 | 吉林大学 | 一种多元高强耐蚀变形镁合金及其制备方法 |
| CN111455246A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-07-28 | 华南理工大学 | 一种高导热镁合金及其制备方法 |
| US20200269298A1 (en) * | 2019-02-22 | 2020-08-27 | Qilu University Of Technology | Preparation method for a high-strength extruded profile of mg-zn-sn-mn alloy |
-
2022
- 2022-12-06 CN CN202211570551.2A patent/CN115821133B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140332121A1 (en) * | 2012-01-30 | 2014-11-13 | Korea Institute Of Machinery And Materials | Magnesium alloy having high ductility and high toughness, and preparation method thereof |
| CN104451304A (zh) * | 2014-12-13 | 2015-03-25 | 重庆大学 | 一种高电导率高屏蔽效能镁合金及其制备方法 |
| US20200269298A1 (en) * | 2019-02-22 | 2020-08-27 | Qilu University Of Technology | Preparation method for a high-strength extruded profile of mg-zn-sn-mn alloy |
| CN111455246A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-07-28 | 华南理工大学 | 一种高导热镁合金及其制备方法 |
| CN111254333A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-06-09 | 吉林大学 | 一种多元高强耐蚀变形镁合金及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115821133A (zh) | 2023-03-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2017239455B2 (en) | Lightweight, high-conductivity, heat-resistant, iron-containing aluminum wire and preparation process therefor | |
| CN105755340B (zh) | 低成本高强高韧高导热变形镁合金及其制备方法 | |
| CN102230118B (zh) | 一种具有高强度和高屈强比的镁合金及其制备方法 | |
| CN109022896B (zh) | 一种具有电磁波屏蔽性能的高强高导耐热Cu-Fe-Y-Mg合金材料及其制备方法 | |
| CN104046867B (zh) | 一种高塑性导热镁合金及其制备方法 | |
| US20080138236A1 (en) | Mg Alloys Containing Misch Metal Manufacturing Method of Wrought Mg Alloys Containing Misch Metal, and Wrought Mg Alloys Thereby | |
| EP3650561A1 (en) | Plastic wrought magnesium alloy and preparation method thereof | |
| KR100671195B1 (ko) | 미시메탈이 첨가된 고온 구조용 마그네슘 합금 | |
| CN109182809B (zh) | 一种低成本高强韧变形镁合金及其制备方法 | |
| CN105018813A (zh) | 一种抗蠕变稀土镁合金及其制备方法 | |
| CN113444944B (zh) | 低成本高强高延展性稀土镁合金及其制备方法 | |
| CN112011699A (zh) | 一种特定稀土含量的高强韧铝合金制备工艺 | |
| CN103290285B (zh) | 一种镁-锌-锰-锡-钇合金及其制备方法 | |
| CN107236885A (zh) | 一种非稀土高强变形镁合金及其制备方法 | |
| CN111254333B (zh) | 一种多元高强耐蚀变形镁合金及其制备方法 | |
| CN109252079B (zh) | 一种低成本高强镁合金及其制备方法 | |
| CN109234592B (zh) | 一种低温轧制高强韧变形镁合金及其制备方法 | |
| CN103469039A (zh) | 一种含钙和稀土钐的镁-铝-锌变形镁合金 | |
| CN115821133B (zh) | 一种高导电高塑性变形镁合金及其制备方法 | |
| CN108570583A (zh) | 不含稀土低合金超高强韧镁合金及其制备方法 | |
| CN113621854A (zh) | 一种低密度高模量的高强铝合金及其制备方法 | |
| CN109371301B (zh) | 一种室温高塑性镁合金及其制备方法 | |
| CN103225031B (zh) | 一种镁-锌-锰-锡-钕合金及其制备方法 | |
| CN116949332A (zh) | 一种免热处理高性能压铸镁合金及其制备方法 | |
| CN113897567B (zh) | 一种快速细化和均匀化铸态铝锂合金的均匀化形变热处理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |