热处理及稀土元素对Mg-Zn-Zr镁合金电磁屏蔽性能的影响

摘要

随着电子、通信产业的快速发展，电磁辐射产生的电磁干扰正日益威胁各国的信息安全，危害人类身体健康。因此，发展有效且实用的电磁屏蔽材料以维护电磁环境安全，延长电子设备寿命势在必行。迄今为止，传统高导电、导磁类金属材料和聚合物复合材料是普遍使用的电磁屏蔽材料。然而，传统高导电、导磁类金属材料的密度较大，复合材料的强度较差等缺点限制了这两种材料的应用前景。众所周知，镁合金具有密度低、高比强度及比刚度、良好的导电性和电磁屏蔽性能等优点。因此，镁合金被认为是潜在的电磁屏蔽材料。然而，关于镁合金电磁屏蔽性能的研究相当有限。
　　本文对Mg-Zn-Zr镁合金进行不同的热处理和添加不同含量的稀土元素Ce、Y，以期获得电磁屏蔽性能良好的优化热处理工艺和优化合金成分。并采用金相分析、XRD、SEM、EDS、EBSD、拉伸、显微硬度、电导率及电磁屏蔽效能测试等实验手段，研究了热处理和稀土元素Ce、Y对Mg-Zn-Zr镁合金在不同状态下的组织和性能的影响。由此得到的研究结果如下：
　　①热处理能够显著影响挤压态Mg-Zn-Zr镁合金的电磁屏蔽性能。T5和T6热处理显著提高了合金在30-1500MHz频率范围内的电磁屏蔽性能。固溶400℃/5h+时效170℃/25h热处理和直接时效150℃/15h热处理分别是提高挤压态Mg-Zn-Zr镁合金电磁屏蔽性能最优的T6和T5热处理工艺。这两种热处理条件下的Mg-Zn-Zr合金的电磁屏蔽效能(SE)分别提高到了62-75dB和70-80dB。同时，合金具有良好的力学性能。T5和T6热处理能够提高Mg-Zn-Zr镁合金的电磁屏蔽性能主要归因于合金电导率的提高，这是由合金中析出的大量第二相所引起的。然而，第二相的粗化将削弱其对电磁屏蔽性能的贡献。
　　②稀土元素Ce能够显著细化Mg-Zn-Zr镁合金的晶粒，并形成Mg-Zn-Ce三元相。不同Ce添加量的合金经挤压变形后的组织均匀性存在差异，其中Ce添加量为1％时，合金的组织均匀性最优。添加0.5%~3%Ce均提高了挤压态Mg-Zn-Zr镁合金的电磁屏蔽性能，特别是添加1%Ce合金的屏蔽效能SE高达70-82dB，且该合金具有良好的屈服强度和塑性。后续时效热处理150℃/25h进一步将该合金的SE提高至78-89dB。稀土Ce能够改善Mg-Zn-Zr镁合金的电磁屏蔽性能主要依赖于合金电导率的提高和组织均匀性的增强。电导率的提高源于合金中形成的大量Mg-Zn-Ce三元相。
　　③稀土元素Y对Mg-Zn-Zr镁合金的细化作用较小，与Mg、Zn形成Mg-Zn-Y三元相。添加1%Y时，合金中的三元相主要是W-Mg2Y2Zn3相和I-Mg2YZn6相；添加4%Y时，合金中的三元相主要是W-Mg2Y2Zn3相。添加1%~4%Y均提高了挤压态Mg-Zn-Zr镁合金的SE，且随着Y添加量的增大，合金的SE升高，而力学性能降低。因此，添加1%Y的合金的综合性能最优，其SE高达75-92dB，抗拉强度为321MPa。Y能够提高Mg-Zn-Zr镁合金电磁屏蔽性能主要是因为合金中形成的大量Mg-Zn-Y三元相增强了电磁波的衰减。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 电磁屏蔽理论及屏蔽材料的研究现状

1.3 镁合金热处理现状

1.4 稀土Ce、Y在镁及镁合金中的作用

1.5 本课题的研究目的及内容

2 实验材料和实验方法

2.1 实验原材料的制备

2.2 热挤压及热处理实验

2.3 实验方法

3 热处理对Mg-Zn-Zr镁合金组织和性能的影响

3.1 热处理态Mg-Zn-Zr镁合金的显微组织

3.2 热处理态Mg-Zn-Zr镁合金的力学性能

3.3 热处理态Mg-Zn-Zr镁合金的电磁屏蔽性能

3.4 讨论与分析

3.5 本章小结

4 稀土元素Ce对Mg-Zn-Zr镁合金组织和性能的的影响

4.1 Mg-Zn-Zr-Ce镁合金的显微组织

4.2 Mg-Zn-Zr-Ce镁合金的力学性能

4.3 Mg-Zn-Zr-Ce镁合金的电磁屏蔽性能

4.4 讨论与分析

4.5 本章小结

5 稀土元素Y对Mg-Zn-Zr镁合金组织和性能的影响

5.1 Mg-Zn-Zr-Y镁合金的显微组织

5.2 Mg-Zn-Zr-Y镁合金的力学性能

5.3 Mg-Zn-Zr-Y镁合金的电磁屏蔽性能

5.4 讨论与分析

5.5 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附 录