专利名称：耐热阻燃压铸镁合金及其熔炼铸造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种压铸镁合金及其熔炼铸造工艺，尤其涉及一种具有高的高温强度和阻燃性能的镁合金及其熔炼铸造工艺，属于金属材料或冶金技术领域。
现有技术中的镁合金是实际应用中最轻的结构材料，它具有比重轻，比强度、比刚度高，阻尼性能、切削性能好等优点。由于镁的化学性质极其活泼，在镁合金的熔炼和加工过程中极易剧烈氧化并导致燃烧，因此其生产必须在熔剂或者气体保护条件下进行。由于熔剂主要成份为氯盐和氟盐，在使用过程中会产生Cl2、HCl和HF等有毒气体，造成环境污染；同时熔剂残留在合金中还会导致合金强度下降和腐蚀合金。而气体保护则使生产设备和工艺复杂，也会造成环境污染以及腐蚀生产设备。另一方面，常用Mg-Al-Zn系压铸镁合金AZ91虽然具有优异的压铸性能，但是只能在低于100℃的温度下使用，从而限制了合金的应用。现存的耐热镁合金，如AZ42、ZE41、EZ33等，虽然具有很高的高温强度，但是铸造性能差，不能使用压铸这一镁合金铸件最为常用的成型工艺。鉴于以上原因，人们一直希望找到一种合金，它在熔炼过程中可以阻燃，同时还具有优异的压铸性能。美国专利(4543234)所定义的镁合金虽然能够大大提高熔化状态下的抗氧化性能，但仍旧需要采取保护措施才能熔炼和浇铸，并且该合金还不具备高的高温性能。经过多次的文献检索，至今没有发现具有优异的阻燃性能、耐热性能和压铸性能相结合的镁合金。
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提出一种具有高的高温强度、阻燃压铸镁合金及其熔炼铸造工艺。
本发明的技术方案如下不使用任何保护措施，在大气中直接熔炼时，通过在镁熔液中加入一定的阻燃合金和强化元素并采取相应的工艺方法，使镁合金表面生成一种致密的氧化保护膜，阻止镁在熔炼过程中的燃烧。由于Be、Ca对合金阻燃性能的提高，Al、Ca对合金力学性能和铸造性能的有益作用，以及各种合金元素的合理搭配，使得同AZ91相比具有更高的高温强度(150℃)。最终获得了能够在大气中直接进行熔炼、适合于压铸生产，能够在150℃的高温下使用的镁合金及其熔炼铸造工艺。本发明包括两部分内容本发明的成份配方(重量百分比)7.5～9.5％Al，0.3～1.0％Zn，0.05～0.5％Mn，0.01～0.15％Be，0.1～1.5％Ca，0.01～0.5％Sr，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。
本发明的熔炼和铸造工艺为在大气中直接熔炼的条件下，将工业纯镁加入到刷过涂料的干燥的坩埚当中，在炉底撒少许覆盖剂，镁完全熔化之后，650℃左右加入阻燃合金和强化元素Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr。其中Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr分别以工业纯铝、工业纯锌、Al-Mn中间合金、Al-Be中间合金、工业纯钙、Al-Sr中间合金的形式加入。待合金元素全部溶解之后，用工具搅拌使其混合均匀继续升高温度至730～760℃，对合金液进行精炼10～20分钟(可采用精炼剂或者其他精炼方法)，然后静置20分钟，捞去表面浮渣后进行压铸。压铸可以采用手工或者机械手在冷室压铸机上压铸，也可以在热室压铸机上压铸而不需其他阻燃措施。
本发明具有实质性特点和显著的进步，直接暴露在大气的条件下，可以实现不需要其他阻燃保护措施直接熔炼，合金液温度达到760℃时液面也不会出现燃烧点；可以在冷/热室压铸机上直接进行压铸而不必采取其他阻燃措施；合金室温抗拉强度、屈服强度、伸长率分别大于150MPa、90MPa、1.5％，150℃温度下抗拉强度、屈服强度、伸长率分别大于140MPa、110MPa、5.1％。
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1合金成份(重量百分比)9.0％Al，0.5％Zn，0.1％Mn，0.05％Be，0.5％Ca、0.1％Sr，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。
按照上述成份配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁15公斤，同时撒少量覆盖剂在坩埚底部，合金完全熔化后，先后加入纯Al 834克、纯Ca 84克、纯Zn 84克、Al-5Be合金167克、Al-10Sr合金167克、Al-10Mn合金167克，溶解后充分搅拌合金液，继续升温到730℃时用精炼剂精炼10分钟，捞去表面浮渣，液面没有出现任何燃烧点，然后保温静置20分钟，用浇勺舀取合金液在400吨冷室压铸机上进行压铸。常温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为161MPa、101MPa、3％，150℃抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为150MPa、110MPa、5.6％，压铸过程充型良好。
实施例2合金成份(重量百分比)7.5％Al，0.8％Zn，0.4％Mn，0.1％Be，1.0％Ca、0.1％Sr，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。
按照上述成份配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁15公斤，同时撒少量覆盖剂在坩埚底部，合金完全熔化后，先后加入纯Al 182克、纯Ca 167克、纯Zn 133克、Al-5Be合金333克、Al-10Sr合金167克、Al-10Mn合金666克，溶解后充分搅拌合金液，继续升温到740℃时用精炼剂精炼10分钟，捞去表面浮渣，液面没有出现任何燃烧点，然后保温静置20分钟，用浇勺舀取合金液在400吨冷室压铸机上进行压铸。本实施例的镁合金常温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为163MPa、97MPa、1.8％，在150℃温度下抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为150MPa、115MPa、4.3％，压铸过程充型良好。
实施例3合金成份(重量百分比)8.0％Al，0.5％Zn，0.3％Mn，0.15％Be，0.5％Ca、0.1％Sr，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。
按照上述成份配置合金，在电阻坩埚炉中加入工业纯镁15公斤，同时撒少量覆盖剂在坩埚底部，合金完全熔化后，先后加入纯Al 256克、纯Ca 83克、纯Zn 83克、Al-5Be合金498克、Al-10Sr合金167克、Al-10Mn合金498克，溶解后充分搅拌合金液，继续升温到740℃时用精炼剂精炼10分钟，捞去表面浮渣，液面没有出现任何燃烧点，然后保温静置20分钟，用浇勺舀取合金液在400吨冷室压铸机上进行压铸。此例的镁合金常温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为165MPa、104MPa、2.1％，150℃抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为143MPa、110MPa、4.8％，压铸过程充型良好。
权利要求
1.一种耐热阻燃压铸镁合金，组分包括Al、Zn、Mn，其特征在于还包括Be、Ca、Sr，成份配方为7.5～9.5％Al，0.3～1.0％Zn，0.05～0.5％Mn，0.01～0.15％Be，0.1～1.5％Ca，0.01～0.5％Sr，杂质元素Si≤0.02％，Fe≤0.005％，Cu≤0.015％，Ni≤0.002％，其余为Mg。
2.一种耐热阻燃压铸镁合金的熔炼铸造工艺，其特征在于可以直接暴露在大气中熔炼，工艺过程为将工业纯镁加入到刷过涂料的干燥的坩埚当中，在炉底撒少许覆盖剂，镁完全熔化之后，650℃左右加入阻燃合金和强化元素Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr，待合金元素全部溶解之后搅拌混合均匀，继续升高温度至730～760℃，对合金液进行精炼10～20分钟，然后静置20分钟，捞去表面浮渣后进行压铸。
3.一种如权利要求2所说的耐热阻燃压铸镁合金的熔炼铸造工艺，其特征在于所说的Al、Zn、Mn、Be、Ca、Sr分别以工业纯铝、工业纯锌、Al-Mn中间合金、Al-Be中间合金、工业纯钙、Al-Sr中间合金的形式加入。
4.一种如权利要求2所说的耐热阻燃压铸镁合金的熔炼铸造工艺，其特征在于所说的压铸可以采用手工或者机械手在冷室压铸机上压铸，也可以在热室压铸机上压铸而不需其他阻燃措施。
全文摘要
一种耐热阻燃压铸镁合金及其熔炼铸造工艺,通过在镁溶液中加入Al、Zn、Mn,Be、Ca、Sr等阻燃合金和强化元素,对合金液进行精炼、静置去浮渣后进行压铸,使镁合金表面生成一种致密的氧化保护膜,阻止镁在熔炼过程中的燃烧,可不需要阻燃保护措施而在大气中直接进行熔炼,直接在冷/热室压铸机上进行压铸。本发明产生的镁合金具有优异的阻燃性、耐热性和压铸性能。
文档编号B22D21/00GK1266105SQ00115299
公开日2000年9月13日 申请日期2000年3月29日 优先权日2000年3月29日
发明者曾小勤, 丁文江, 王渠东, 卢晨 申请人:上海交通大学