本發(fā)明涉及鎂合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及強塑性鎂合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金具有密度小、比強度和比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好、阻尼減振、電磁屏蔽、易于加工成型、廢料容易回收等優(yōu)點，在汽車、電子通信、航空航天和國防軍事等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值，被稱為21世紀(jì)“綠色工程材料”。
目前，鎂合金已開發(fā)了Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE、Mg-Mn多種系列，為了進一步提高鎂合金的強度、韌塑性和抗腐蝕性能，常采用添加合金化元素或稀土元素來生成增強相或者細(xì)化晶粒，從而提高鎂合金的力學(xué)性能。國內(nèi)外廣泛開展提高鎂合金材料強度和塑性的工作，國內(nèi)已有部分高校和企業(yè)分別研制出了一些高強度的稀土鎂合金。然而由于稀土元素較多導(dǎo)致了材料的成本較高，競爭力差。
既能夠保證高強度和高塑性，又可控制低成本的鎂合金有待于進一步開發(fā)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供強塑性鎂合金及其制備方法，本發(fā)明提供的鎂合金，具有較高強度的同時具有優(yōu)異的塑性性能。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
一種強塑性鎂合金，包括質(zhì)量百分含量為3％的錫和余量的鎂。
優(yōu)選的，還包括質(zhì)量百分含量為2％的鉛組分。
優(yōu)選的，還包括質(zhì)量百分含量為1.5％的鋯組分。
本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的強塑性鎂合金的制備方法，包括以下步驟：
(1)將鎂原料和錫原料混合，得到混合物；
(2)調(diào)節(jié)所述步驟(1)得到的混合物的溫度至680℃后除雜；
(3)攪拌所述步驟(2)除雜的混合物后靜置冷卻，得到所述強塑性鎂合金。
優(yōu)選的，所述步驟(1)中混合時的原料還包括鉛原料。
優(yōu)選的，所述步驟(1)中混合時的原料還包括鋯原料。
優(yōu)選的，所述步驟(3)中攪拌的時間為5～10min，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為50～100r/min。
優(yōu)選的，所述鎂原料以鎂液的形式提供，所述鎂液的制備方法包括以下步驟：將鎂錠在保護氣氛下自300℃升溫至600℃后保溫10～20min，得到鎂液。
優(yōu)選的，所述保護氣氛由包括SF6和N2的混合氣體提供，所述SF6和N2的體積比為1∶100。
優(yōu)選的，所述步驟(3)中冷卻包括以下步驟：將所述靜置后的混合物降溫至660～670℃后澆注于溫度為300℃的模具中冷卻至室溫。
本發(fā)明提供了一種強塑性鎂合金，包括質(zhì)量百分含量為3％的錫和余量的鎂。本發(fā)明采用在鎂基體中加入錫元素，同時嚴(yán)格限定Sn含量為鎂基體質(zhì)量的3％，以此得到的鎂合金組織中具有魚骨狀的共晶組織(α-Mg+Mg2Sn)、桿狀的離異共晶組織Mg2Sn和球形顆粒狀的第二相Mg2Sn，發(fā)生第二相強化，提高強度的同時塑性得到相應(yīng)提高。本發(fā)明的實施例結(jié)果表明，本發(fā)明得到的鎂合金抗拉強度和伸長率分別達(dá)到了123.15MPa和9.8％。
進一步的，在Mg-3Sn合金中添加Pb元素，并限定鉛的含量為鎂基體質(zhì)量的2％，Pb元素的引入，進一步影響合金中Mg2Sn相的析出及其形貌，Pb以固溶的形式融入到鎂合金中，在凝固過程中，Sn和Pb集聚在液-固相接觸處的靠近固相一側(cè)，使得液-固界面處Sn的濃度變低，進而使得Mg2Sn相的析出和長大減緩，從而細(xì)化了晶界處的Mg2Sn相，提升合金的力學(xué)性能。
進一步的，通過加入與Sn位于同一主族的且熔點低、與Mg可固溶的元素Pb以及具有良好晶粒細(xì)化效果的元素Zr，實現(xiàn)對鎂合金強度和塑性的綜合提高；鎂基體質(zhì)量的1.5％的Zr加入Mg-3Sn-2Pb合金中，使得合金中的Mg2Sn相沿晶界呈網(wǎng)狀析出，顯著提高鎂合金合金的抗拉強度。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種強塑性鎂合金，包括質(zhì)量百分含量為3％的錫和余量的鎂。
本發(fā)明采用在鎂基體中加入錫元素，同時嚴(yán)格限定Sn的質(zhì)量百分含量為3％，以此得到的鎂合金組織中具有魚骨狀的共晶組織(α-Mg+Mg2Sn)、桿狀的離異共晶組織Mg2Sn和球形顆粒狀的第二相Mg2Sn，發(fā)生第二相強化，提高強度的同時塑性得到相應(yīng)提高。
在本發(fā)明中，所述鎂合金的組成優(yōu)選為Mg-3Sn。本發(fā)明對所述鎂組分和錫組分的來源沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的即可。在本發(fā)明中，所述鎂組分優(yōu)選以鎂錠的形式提供；所述鎂錠中鎂含量優(yōu)選為不低于99.9wt％。在本發(fā)明中，所述錫組分優(yōu)選以錫錠的形式提供；所述錫錠中錫含量優(yōu)選為不低于99.9wt％。
為了得到鎂合金中錫組分的含量，本發(fā)明優(yōu)選獲取含有不同質(zhì)量百分含量錫的鎂合金。在本發(fā)明中，所述鎂合金中錫的質(zhì)量百分含量分別為1％、3％、5％和7％。本發(fā)明對所述鎂合金的制備方法沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的鎂合金制備方法即可。
本發(fā)明對所述得到的鎂錫合金優(yōu)選進行拉伸力學(xué)性能測試，本發(fā)明拉伸性能測試按照國標(biāo)GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》進行。本發(fā)明對所述鎂錫合金進行拉伸性能測試時，優(yōu)選采用板片狀；本發(fā)明對所述板片狀的具體尺寸沒有特殊要求，按照所述拉伸測試標(biāo)準(zhǔn)進行限定。本發(fā)明實施例中，使用SUNS-UTM5105G型萬能試驗機對試樣進行拉伸性能測試，通過試驗機自帶的載荷及位移傳感器分別采集應(yīng)力和應(yīng)變信號，結(jié)合輸入的試樣尺寸，可利用計算機自動計算可得到材料的抗拉強度，試樣的伸長率則通過測量試樣斷裂前后的尺寸直接得出；本發(fā)明在測試過程中每種合金優(yōu)選至少做三組試驗，以求取平均值。
完成所述拉伸性能測試后，本發(fā)明得到不同含量錫組分的鎂錫合金的拉伸性能結(jié)果，根據(jù)所述拉伸性能測試的結(jié)果，得到所述鎂合金中錫組分的含量。
在本發(fā)明中，所述鎂合金優(yōu)選還包括鉛組分；在本發(fā)明中，所述鉛組分的質(zhì)量百分含量為2％。在本發(fā)明中，所述鎂合金的組分優(yōu)選為Mg-3Sn-2Pb。本發(fā)明對所述鉛組分的來源沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的的鉛金屬即可。在本發(fā)明的實施例中，所述鉛組分具體采用鉛錠；所述鉛錠中鉛含量優(yōu)選為不低于99.9wt％。在本發(fā)明中，所述鎂和錫的來源與上述技術(shù)方案所述的鎂和錫一致，在此不再贅述。
在本發(fā)明中，所述錫元素和鉛元素優(yōu)選以錫-鉛合金的形式提供。當(dāng)以錫-鉛合金的形式提供時，所述錫-鉛合金中各組分的含量優(yōu)選以能滿足鎂合金中所述錫和鉛的質(zhì)量百分含量即可。
為了得到鎂合金中鉛組分的含量，本發(fā)明優(yōu)選以Mg-3Sn為基礎(chǔ)，獲取含有不同質(zhì)量百分含量鉛的鎂合金。在本發(fā)明中，所述鎂合金中鉛的質(zhì)量百分含量分別為0.25％、0.5％、0.75％、1％和2％。本發(fā)明對所述鎂合金的制備方法沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的鎂合金制備方法即可。
本發(fā)明對所述得到的鎂合金優(yōu)選進行拉伸力學(xué)性能測試，所述拉伸力學(xué)性能測試過程與上述技術(shù)方案所述拉伸力學(xué)性能測試一致，在此不再贅述。
完成所述拉伸性能測試后，本發(fā)明得到不同質(zhì)量百分含量的鉛的鎂合金的拉伸性能結(jié)果，根據(jù)所述拉伸性能測試的結(jié)果，得到所述鎂合金中鉛的質(zhì)量百分含量。
在本發(fā)明中，所述鎂合金優(yōu)選包括鋯組分；在本發(fā)明中，所述鋯組分的質(zhì)量百分含量優(yōu)選為1.5％。在本發(fā)明中，所述鎂合金的組成優(yōu)選為Mg-3Sn-2Pb-1.5Zr。
本發(fā)明對所述鋯組分的來源沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的的鋯金屬即可。在本發(fā)明的實施例中，所述鋯組分具體采用鋯錠；所述鋯錠中鋯的含量優(yōu)選為不低于99.9wt％。在本發(fā)明中，所述鎂、錫和鉛的來源與上述技術(shù)方案所述的鎂、錫和鉛一致，在此不再贅述。
在本發(fā)明中，所述錫組分、鉛組分和鋯組分優(yōu)選以中間合金的形式提供。在本發(fā)明中，所述中間合金優(yōu)選為錫-鉛合金、錫-鋯合金、鉛-鋯合金或錫-鉛-鋯合金。當(dāng)以中間合金的形式提供時，所述中間合金中各組分的含量優(yōu)選以能滿足鎂合金中所述各組分的含量即可。
為了得到鎂合金中鉛組分的質(zhì)量百分含量，本發(fā)明優(yōu)選以Mg-3Sn-2Pb為基礎(chǔ)，獲取含有不同含量鋯組分的鎂合金。在本發(fā)明中，所述鎂合金中鉛含量分別為0.25％、0.5％、0.75％、1％、1.5％和2％。本發(fā)明對所述鎂合金的制備方法沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的鎂合金制備方法即可。
本發(fā)明對所述得到的鎂合金優(yōu)選進行拉伸力學(xué)性能測試，所述拉伸力學(xué)性能測試過程與上述技術(shù)方案所述拉伸力學(xué)性能測試一致，在此不再贅述。
完成所述拉伸性能測試后，本發(fā)明得到不同含量鋯組分的鎂錫合金的拉伸性能結(jié)果，根據(jù)所述拉伸性能測試的結(jié)果，得到所述鎂合金中鋯組分的含量。
本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的強塑性鎂合金的制備方法，包括以下步驟：
(1)將鎂原料和錫原料混合，得到混合物；
(2)調(diào)節(jié)所述步驟(1)得到的混合物的溫度至680℃后除雜；
(3)攪拌所述步驟(2)除雜的混合物后靜置冷卻，得到所述強塑性鎂合金。
本發(fā)明將鎂原料與錫原料混合，得到包括鎂和錫的混合物。在本發(fā)明中，所述包括鎂和錫的混合物中，錫原料為所述混合物的3wt％。本發(fā)明對所述混合方式?jīng)]有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的混合方式即可。在本發(fā)明的實施例中，所述鎂液和錫金屬的混合具體為在鎂液中加入錫錠。
在本發(fā)明中，所述鎂原料優(yōu)選以鎂液的形式提供；在本發(fā)明中，所述鎂液的制備方法優(yōu)選包括以下步驟：將鎂錠在保護氣氛下自300℃升溫至600℃后保溫10～20min，得到鎂液；在本發(fā)明中，所述保護氣氛優(yōu)選為SF6和N2的混合氣體；所述SF6和N2的體積比優(yōu)選為1∶100。在本發(fā)明中，所述強塑性鎂合金的制備過程優(yōu)選在保護氣氛下進行；所述強塑性鎂合金制備過程中的保護氣氛與前述技術(shù)方案所述的保護氣氛一致。
本發(fā)明調(diào)整得到的包括鎂和錫的混合物溫度至680℃。本發(fā)明在所述升溫過程中，完成所述錫的熔化。
完成所述升溫后，本發(fā)明對所述混合物進行除雜處理；本發(fā)明對所述除雜方式?jīng)]有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的除雜方式即可。在本發(fā)明的實施例中，所述除雜具體為扒渣。本發(fā)明對所述扒渣的具體操作方式?jīng)]有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的扒渣方式即可。
所述除雜后，本發(fā)明對所述混合物進行攪拌。在本發(fā)明中，所述攪拌的時間優(yōu)選為5～10min，進一步優(yōu)選為6～8min；在本發(fā)明中，所述攪拌的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為50～100r/min，進一步優(yōu)選為75～80r/min。本發(fā)明對所述攪拌的具體實施方式?jīng)]有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的攪拌方式即可。
本發(fā)明將所述得到攪拌后的混合物進行靜置；在本發(fā)明中，所述靜置的時間優(yōu)選為10～20min，進一步優(yōu)選為15～18min；在本發(fā)明中，所述靜置過程的溫度優(yōu)選為680℃，完成對所述混合物的保溫過程。
完成所述靜置后，本發(fā)明對所述靜置后的混合物進行冷卻。在本發(fā)明中，冷卻方法優(yōu)選包括以下步驟：將所述靜置后的混合物降溫至660～670℃后澆注于溫度為300℃的模具中冷卻至室溫。本發(fā)明對所述澆注的方式?jīng)]有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的澆注方式即可；在本發(fā)明的實施例中，具體采用自帶加熱洗系統(tǒng)的鋼模完成所述澆注。在本發(fā)明中，所述室溫優(yōu)選為20～25攝氏度；在本發(fā)明中，所述冷卻至室溫的方式優(yōu)選為自然冷卻。
本發(fā)明將鎂液與錫原料混合時，還包括鉛原料的混合，得到包括鎂、錫和鉛的混合物。本發(fā)明，所述包括鎂、錫和鉛的混合物中，錫原料為所述混合物的3wt％，鉛原料為所述混合物的2wt％。在本發(fā)明中，所述鎂液、錫原料和鉛原料混合時，優(yōu)選將鎂液和錫-鉛中間合金混合，當(dāng)以中間合金的形式提供時，所述中間合金中各組分的含量優(yōu)選以能滿足鎂合金中所述各組分的含量即可。
本發(fā)明將所述鎂液、錫原料和鉛原料混合后的處理方式優(yōu)選與上述技術(shù)方案所述的將所述鎂液和錫原料混合后的處理方式一致，在此不再贅述。
本發(fā)明優(yōu)選將所述鎂液、錫原料和鉛原料混合后，將所述包括鎂、錫和鉛的混合物升溫至720℃后與鋯原料混合，得到包括鎂、錫、鉛和鋯的混合液。在本發(fā)明中，混合物升溫至720℃后優(yōu)選以鋯金屬加入到所述混合物中。本發(fā)明，所述包括鎂、錫、鉛和鋯的混合物中，錫原料為所述混合物的3wt％，鉛原料為所述混合物的2wt％，鋯原料為所述混合物的1.5wt％。
本發(fā)明將所述鎂液鎂液、錫原料、鉛原料和鋯原料的混合時，所述鋯原料優(yōu)選以鎂-鋯中間合金的形式加入。
在本發(fā)明中，所述混合后優(yōu)選進行后處理，所述后處理優(yōu)選包括保溫處理、除雜處理和攪拌。在本發(fā)明中，升溫至720℃后，本發(fā)明優(yōu)選將所述包括鎂液、錫金屬和鉛金屬的混合物中加入鋯金屬。完成所述鋯金屬的添加后，本發(fā)明優(yōu)選對所述混合物進行10～15min的保溫處理后進行除雜處理；在本發(fā)明中，所述除雜處理優(yōu)選為扒渣處理，本發(fā)明對所述扒渣處理沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的扒渣處理即可。所述除雜處理后，本發(fā)明優(yōu)選對所述混合物進行攪拌；在本發(fā)明中，所述攪拌的時間優(yōu)選為5～10min，進一步優(yōu)選為6～8min；在本發(fā)明中，所述攪拌的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為50～100r/min，進一步優(yōu)選為60～80r/min；在本發(fā)明中，所述攪拌優(yōu)選為機械攪拌。
完成所述攪拌后，調(diào)節(jié)所述混合物至680℃后除雜。在本發(fā)明中，所述溫度調(diào)節(jié)優(yōu)選為降溫處理，本發(fā)明對所述降溫處理的具體方式?jīng)]有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的降溫方式即可。完成所述溫度調(diào)節(jié)后，本發(fā)明對所述混合液進行除雜處理；本發(fā)明對所述除雜處理沒有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的除雜處理方式以能去除所述混合液的表面浮渣即可；在本發(fā)明的實施例中，所述除雜處理具體為扒渣。
所述除雜處理后，本發(fā)明優(yōu)選澆注所述混合液；在本發(fā)明中，所述澆注的溫度優(yōu)選為680℃，所述澆注的模具的溫度優(yōu)選為300℃；在本發(fā)明中，所述澆注優(yōu)選在自帶加熱洗系統(tǒng)的鋼模中進行。所述澆注后，本發(fā)明優(yōu)選自然冷卻所述澆注體；在本發(fā)明中，所述自然冷卻后的溫度優(yōu)選為20～25℃；本發(fā)明對所述自然冷卻的方式?jīng)]有特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的自然冷卻方式即可。
本發(fā)明提供了一種強塑性鎂合金，包括質(zhì)量百分含量為3％的錫和余量的鎂。本發(fā)明采用在鎂基體中加入錫元素，同時嚴(yán)格限定Sn的質(zhì)量百分含量為3％，以此得到的鎂合金組織中具有魚骨狀的共晶組織(α-Mg+Mg2Sn)、桿狀的離異共晶組織Mg2Sn和球形顆粒狀的第二相Mg2Sn，發(fā)生第二相強化，提高強度的同時塑性得到相應(yīng)提高。本發(fā)明的實施例結(jié)果表明，本發(fā)明得到的鎂合金抗拉強度和伸長率分別達(dá)到了123.15MPa和9.8％。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的強塑性鎂合金及其制備方法進行詳細(xì)的說明，但是不能把它們理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。
實施例1
(1)先將熔煉爐、試驗材料和使用工具進行預(yù)熱除去水分。
(2)待熔煉爐溫度升至300℃后，加入純鎂錠，并按照體積比1∶100，通入保護氣SF6+N2，確保整個熔煉澆注過程中均在保護氣氛下進行。
(3)繼續(xù)升溫至660℃后保溫10min，使得鎂錠完全熔化。
(4)鎂錠完全熔化后，按照鎂錠質(zhì)量的3％的比例，向熔體中加入稱量好的錫錠，繼續(xù)升溫至680℃。
(5)升溫至680℃后進行扒渣處理，去除熔液中的雜質(zhì)；隨后進行機械攪拌，限定轉(zhuǎn)速50r/min，攪拌時間5min，攪拌完成后在680℃保溫靜置30min。
(6)完成所述保溫處理后，進行冷卻，待溫度降至665℃后再進行扒渣進一步除雜，將熔體澆注在自帶加熱洗系統(tǒng)的鋼模中，限定模具溫度為300℃，同時控制澆注溫度為665±5℃，澆注完成后，自然冷卻，得到鎂合金鑄錠。
制備得到的鎂合金鑄錠的抗拉強度為123.15MPa，伸長率為9.8％。
實施例2
(1)先將熔煉爐、試驗材料和使用工具進行預(yù)熱除去水分。
(2)待熔煉爐溫度升至300℃后，加入純鎂錠，并按照體積比1∶100，通入保護氣SF6+N2，確保整個熔煉澆注過程中均在保護氣氛下進行。
(3)繼續(xù)升溫至660℃后保溫10min，使得鎂錠完全熔化。
(4)鎂錠完全熔化后，按照鎂錠質(zhì)量的3％的比例，向熔體中加入稱量好的錫錠，同時按照鎂錠質(zhì)量的2％的比例，加入鉛錠后，繼續(xù)升溫至680℃。
(5)升溫至680℃后進行扒渣處理，去除熔液中的雜質(zhì)；隨后進行機械攪拌，限定轉(zhuǎn)速50r/min，攪拌時間5min，攪拌完成后在680℃保溫靜置30min。
(6)完成所述保溫處理后，進行冷卻，待溫度降至665℃后再進行扒渣進一步除雜，將熔體澆注在自帶加熱洗系統(tǒng)的鋼模中，限定模具溫度為300℃，同時控制澆注溫度為665±5℃，澆注完成后，自然冷卻，得到鎂合金鑄錠。
制備得到的鎂合金鑄錠的抗拉強度為120.13MPa，伸長率為13.12％。
在Gleeble3500上限定變形溫度為250～450℃、應(yīng)變速率為0.001-10s-1對制備得到的鎂合金鑄錠進行熱壓縮試驗，以此得到熱壓所試驗的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線后構(gòu)建包含Z參數(shù)的雙曲正弦函數(shù)關(guān)系，得到所制備得到的鎂合金鑄錠的表觀激活能較高，達(dá)到173.14kJ/mol。
實施例3
(1)先將熔煉爐、試驗材料和使用工具進行預(yù)熱除去水分。
(2)待熔煉爐溫度升至300℃后，加入純鎂錠，并按照體積比1∶100，通入保護氣SF6+N2，確保整個熔煉澆注過程中均在保護氣氛下進行。
(3)繼續(xù)升溫至660℃后保溫10min，使得鎂錠完全熔化。
(4)鎂錠完全熔化后，按照鎂錠質(zhì)量的3％的比例，向熔體中加入稱量好的錫錠，同時按照鎂錠質(zhì)量的2％的比例，加入鉛錠后，繼續(xù)升溫至720℃。
(5)升至720℃后，加入稱量好的Mg-30Zr中間合金，保溫10min后扒渣并進行機械攪拌5min，限定攪拌轉(zhuǎn)速為50r/min，攪拌完成后保溫30min。
(6)待溫度降至680℃后進行扒渣，將熔體澆注在自帶加熱洗系統(tǒng)的鋼模中，控制模具溫度為300℃，澆注溫度控制在680℃，澆注完成后，自然冷卻得到Mg-Sn-Pb-Zr合金鑄錠。
制備得到的鎂合金鑄錠的抗拉強度為130.1MPa，伸長率為10.2％。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。