一种纳米颗粒增强镁合金

摘要

本发明提供了一种纳米颗粒增强镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：4.1-6.9％，Ca：2.5-2.7％，Co：0.7-1.3％，Fe：0.5-0.7％，W：0.3-0.75％，Sm：0.45-0.75％，Zr：3.1-3.7％，Ge：2.1-3.4％，Nb：0.11-0.32％，Ir：0.1-0.65％，Dy：0.25-0.65％，Ce：0.5-0.75％，Yb：0.13-0.5％，Nd：2.1-2.5％，SiC纳米颗粒：1-3％，余量为Mg，SiC纳米颗粒的直径为20-60nm。本合金具有良好力学性能。

说明书

技术领域

本发明属于镁合金材料领域，尤其是一种纳米颗粒增强镁合金。

背景技术

镁合金是现代金属结构材料中最轻的一种，密度约为1.8g/cm3，约是钢的1/4，铝的2/3.镁元素在地壳和海水中的储量丰富，中国的镁资源尤其丰富，储量居世界第一。镁合金的优点是密度小，比强度、比刚度高，减震性好，同时还具有优良的铸造性能，切削加工性能、屎壳郎性和电磁屏蔽能力，被广泛的应用天汽车制造业、航空、航天、光学仪器制造和国防等领域。因而镁基材料被认为是最具开发和应用潜力的“绿色材料”，开发利用前景广阔。然而由于镁合金绝对强度低，室温变形能力较差，易氧化燃烧、易腐蚀等缺陷，限制了其作为结构材料的广泛应用，目前镁合金的应用远不如铝合金广泛。因此，提高镁合金强度使其具有良好的综合性能，是新型镁合金开发的热点，同时高强度镁合金开发对拓展镁合金的应用领域具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高强镁合金，镁合金具有较高的强度，使得此类镁合金具有比传统商业镁合金优越的力学性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种纳米颗粒增强镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：4.1-6.9％，Ca：2.5-2.7％，Co：0.7-1.3％，Fe：0.5-0.7％，W：0.3-0.75％，Sm：0.45-0.75％，Zr：3.1-3.7％，Ge：2.1-3.4％，Nb：0.11-0.32％，Ir：0.1-0.65％，Dy：0.25-0.65％，Ce：0.5-0.75％，Yb：0.13-0.5％，Nd：2.1-2.5％，SiC纳米颗粒：1-3％，余量为Mg，SiC纳米颗粒的直径为20-60nm。

更进一步地，按照重量百分比含量含有：Al：4.1％，Ca：2.5％，Co：0.7％，Fe：0.5％，W：0.3％，Sm：0.45％，Zr：3.1％，Ge：2.1％，Nb：0.11％，Ir：0.1％，Dy：0.25％，Ce：0.5％，Yb：0.13％，Nd：2.1％，SiC纳米颗粒：1％，余量为Mg，SiC纳米颗粒的直径为20nm。

具体实施方式

实施例1

一种纳米颗粒增强镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：4.1％，Ca：2.5％，Co：0.7％，Fe：0.5％，W：0.3％，Sm：0.45％，Zr：3.1％，Ge：2.1％，Nb：0.11％，Ir：0.1％，Dy：0.25％，Ce：0.5％，Yb：0.13％，Nd：2.1％，SiC纳米颗粒：1％，余量为Mg，SiC纳米颗粒的直径为20nm。

纳米颗粒增强镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料准备：按照重量百分比含量进行原料准备，所述原料为纯Mg锭、Mg-Ca中间合金、纯Al锭、纯Co、Al-Fe中间合金、Al-W中间合金、Mg-Sm中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Ge、Al-Nb中间合金、Al-Ir中间合金、纯Dy、Al-Ce中间合金、Al-Yb中间合金、Mg-Nd中间合金；

(2)烘干：将纯Mg锭、Mg-Ca中间合金、纯Al锭、纯Co、Al-Fe中间合金、Al-W中间合金、Mg-Sm中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Ge、Al-Nb中间合金、Al-Ir中间合金、纯Dy、Al-Ce中间合金、Al-Yb中间合金、Mg-Nd中间合金在200℃下进行烘干；

(3)纳米SiC颗粒预处理：在容器中放入6g:60ml的干燥SiC纳米颗粒与分析纯乙醇，搅拌，充分润湿后，再将聚乙烯醇稀溶液加入到SiC纳米颗粒与乙醇的混合物中，加入量为SiC纳米颗粒与乙醇的混合物体积的1/8充分搅拌，混合均匀后，将混合物置于烘箱中烘烤，干燥，烘烤温度为97℃；

(3)熔炼：将纯Mg锭放入熔炼炉，开启熔炼炉加热器使温度逐渐升至770℃，同时输入气体保护气氛，待纯镁锭完全熔化后，再加入Mg-Ca中间合金、纯Al锭、纯Co、Al-Fe中间合金、Al-W中间合金、Mg-Sm中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Ge、Al-Nb中间合金、Al-Ir中间合金、纯Dy、Al-Ce中间合金、Al-Yb中间合金、Mg-Nd中间合金，待所有原料完全熔化后，将熔炼炉温度调到590℃后进行搅拌，使合金成分均匀，然后加入预处理过的纳米SiC颗粒，再进行搅拌，使其混合均匀，静置捞渣，得合金液；

(4)浇铸：将型腔尺寸为Ф80cm，长度800cm的不锈钢模具进行预热，预热温度为400℃，再将合金液浇铸到预热的不锈钢模具中，浇铸温度为740℃，浇铸完成后，使铸锭在空气中自然冷却至30℃，得合金锭；

(5)热挤压：将圆筒形热挤压模具进行预热，预热温度为320℃，再将合金锭放入热挤压模具中并在压力机上进行挤压，挤压温度为430℃，压力为190Mpa，热挤压完成后，打开开合架，取出镁合金复合材料棒；

(6)清理：将经过热挤压的镁合金复合材料棒，埋入细砂中，使其自然冷却至25℃，再用砂纸打磨，使表面光洁，即得成品。

实施例2：

一种纳米颗粒增强镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：4.5％，Ca：2.6％，Co：1.0％，Fe：0.6％，W：0.52％，Sm：0.65％，Zr：3.4％，Ge：2.7％，Nb：0.22％，Ir：0.4％，Dy：0.45％，Ce：0.62％，Yb：0.31％，Nd：2.3％，SiC纳米颗粒：2％，余量为Mg，SiC纳米颗粒的直径为40nm。

纳米颗粒增强镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料准备：按照重量百分比含量进行原料准备，所述原料为纯Mg锭、Mg-Ca中间合金、纯Al锭、纯Co、Al-Fe中间合金、Al-W中间合金、Mg-Sm中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Ge、Al-Nb中间合金、Al-Ir中间合金、纯Dy、Al-Ce中间合金、Al-Yb中间合金、Mg-Nd中间合金；

(2)烘干：将纯Mg锭、Mg-Ca中间合金、纯Al锭、纯Co、Al-Fe中间合金、Al-W中间合金、Mg-Sm中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Ge、Al-Nb中间合金、Al-Ir中间合金、纯Dy、Al-Ce中间合金、Al-Yb中间合金、Mg-Nd中间合金在200℃下进行烘干；

(3)纳米SiC颗粒预处理：在容器中放入6g:60ml的干燥SiC纳米颗粒与分析纯乙醇，搅拌，充分润湿后，再将聚乙烯醇稀溶液加入到SiC纳米颗粒与乙醇的混合物中，加入量为SiC纳米颗粒与乙醇的混合物体积的1/8充分搅拌，混合均匀后，将混合物置于烘箱中烘烤，干燥，烘烤温度为99℃；

(3)熔炼：将纯Mg锭放入熔炼炉，开启熔炼炉加热器使温度逐渐升至775℃，同时输入气体保护气氛，待纯镁锭完全熔化后，再加入Mg-Ca中间合金、纯Al锭、纯Co、Al-Fe中间合金、Al-W中间合金、Mg-Sm中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Ge、Al-Nb中间合金、Al-Ir中间合金、纯Dy、Al-Ce中间合金、Al-Yb中间合金、Mg-Nd中间合金，待所有原料完全熔化后，将熔炼炉温度调到595℃后进行搅拌，使合金成分均匀，然后加入预处理过的纳米SiC颗粒，再进行搅拌，使其混合均匀，静置捞渣，得合金液；

(4)浇铸：将型腔尺寸为Ф80cm，长度800cm的不锈钢模具进行预热，预热温度为410℃，再将合金液浇铸到预热的不锈钢模具中，浇铸温度为750℃，浇铸完成后，使铸锭在空气中自然冷却至30℃，得合金锭；

(5)热挤压：将圆筒形热挤压模具进行预热，预热温度为340℃，再将合金锭放入热挤压模具中并在压力机上进行挤压，挤压温度为432℃，压力为190Mpa，热挤压完成后，打开开合架，取出镁合金复合材料棒；

(6)清理：将经过热挤压的镁合金复合材料棒，埋入细砂中，使其自然冷却至25℃，再用砂纸打磨，使表面光洁，即得成品。

实施例3：

一种纳米颗粒增强镁合金，按照重量百分比含量含有：Al：6.9％，Ca：2.7％，Co：1.3％，Fe：0.7％，W：0.75％，Sm：0.75％，Zr：3.7％，Ge：3.4％，Nb：0.32％，Ir：0.65％，Dy：0.65％，Ce：0.75％，Yb：0.5％，Nd：2.5％，SiC纳米颗粒：3％，余量为Mg，SiC纳米颗粒的直径为60nm。

纳米颗粒增强镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料准备：按照重量百分比含量进行原料准备，所述原料为纯Mg锭、Mg-Ca中间合金、纯Al锭、纯Co、Al-Fe中间合金、Al-W中间合金、Mg-Sm中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Ge、Al-Nb中间合金、Al-Ir中间合金、纯Dy、Al-Ce中间合金、Al-Yb中间合金、Mg-Nd中间合金；

(2)烘干：将纯Mg锭、Mg-Ca中间合金、纯Al锭、纯Co、Al-Fe中间合金、Al-W中间合金、Mg-Sm中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Ge、Al-Nb中间合金、Al-Ir中间合金、纯Dy、Al-Ce中间合金、Al-Yb中间合金、Mg-Nd中间合金在200℃下进行烘干；

(3)纳米SiC颗粒预处理：在容器中放入6g:60ml的干燥SiC纳米颗粒与分析纯乙醇，搅拌，充分润湿后，再将聚乙烯醇稀溶液加入到SiC纳米颗粒与乙醇的混合物中，加入量为SiC纳米颗粒与乙醇的混合物体积的1/8充分搅拌，混合均匀后，将混合物置于烘箱中烘烤，干燥，烘烤温度为100℃；

(3)熔炼：将纯Mg锭放入熔炼炉，开启熔炼炉加热器使温度逐渐升至780℃，同时输入气体保护气氛，待纯镁锭完全熔化后，再加入Mg-Ca中间合金、纯Al锭、纯Co、Al-Fe中间合金、Al-W中间合金、Mg-Sm中间合金、Mg-Zr中间合金、纯Ge、Al-Nb中间合金、Al-Ir中间合金、纯Dy、Al-Ce中间合金、Al-Yb中间合金、Mg-Nd中间合金，待所有原料完全熔化后，将熔炼炉温度调到600℃后进行搅拌，使合金成分均匀，然后加入预处理过的纳米SiC颗粒，再进行搅拌，使其混合均匀，静置捞渣，得合金液；

(4)浇铸：将型腔尺寸为Ф80cm，长度800cm的不锈钢模具进行预热，预热温度为420℃，再将合金液浇铸到预热的不锈钢模具中，浇铸温度为760℃，浇铸完成后，使铸锭在空气中自然冷却至30℃，得合金锭；

(5)热挤压：将圆筒形热挤压模具进行预热，预热温度为360℃，再将合金锭放入热挤压模具中并在压力机上进行挤压，挤压温度为435℃，压力为190Mpa，热挤压完成后，打开开合架，取出镁合金复合材料棒；

(6)清理：将经过热挤压的镁合金复合材料棒，埋入细砂中，使其自然冷却至25℃，再用砂纸打磨，使表面光洁，即得成品。

实施例1-3得到的合金的性能列于下表

实施例抗拉强度屈服强度延伸率1445MPa365MPa5.3％2431MPa370MPa6.2％3458MPa395MPa8.2％