专利名称：一种强韧性镁合金材料及制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，涉及一种强韧性镁合金材料及其制备方法。
背景技术：
在金属材料领域中，韧性镁合金作为韧性材料一直受到普遍重视。CN200910012544. 9公开一种高强韧性变形镁合金及其制备方法，属于材料技术领 域，该合金的成分为Si 4. 5 5.5%，Nd 2. 5 3.5%，Zr 0. 25 0. 5%，余量为Mg ；其抗 拉强度为260 300MPa，屈服强度为250 ^OMPa，断裂伸长率为6 9%。其制备方法为 将纯镁铸锭、金属锌、金属钕和镁锆合金按上述设定成分配制，采用熔炼炉、网格过滤装置、 测重仪和循环泵进行循环熔炼，然后浇注成铸锭，加热至325 335°C，保温后进行轧制，总 变形量为62 68%。本发明的方法制备的高强韧性变形镁合金，具有较高的强韧性，而且 易于轧制。其抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率分别为260 300MPa、250 ^0MPa、6 9%。该上述合金断裂伸长率低。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种强韧性镁合金材料，该材料具有 良好的性能。本发明的另一目的是提供一种强韧性镁合金材料的制备方法，该制备方法工艺简 单，生产成本低，适于工业化生产。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种强韧性镁合金材料，该材料以镁合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成 的金属丝团，所用铜丝和铁丝直径均为l_2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中铁丝的 总体长度相当于铜丝的二倍，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-35% ；镁合金基体的化学成分的重量百分含量Al为9-11%，Sr为0.2% 0.5%，Sn为 2% 3%，Pb 为 2% 3%，Fe 为 2%，Zr 为 0. 5% l%，La 为 0. 0. 3%，其余 为Mg ；铜丝为纯铜；铁丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 05-0. 09，Si为0. 2% 0. 3%, Mn 为 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S<0. 025%,其余为 Fe。基体中还分布有化合物MgB2、MgCo2和Co3Sn2颗粒。一种强韧性镁合金材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤铜丝及渗硼铁丝、镀钴铁丝的准备分别取直径为l_2mm、成分为纯铜的铜丝及取直径 为l-2mm和成分重量百分含量:C为0. 05-0. 09，Si为0. 2% 0. 3%, Mn为0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为狗的铁丝，所用铁丝的总体长度相当于铜丝的二倍；控制铜 丝与铁丝共占材料的体积百分比为10-35% ；按常规方法在将一半铁丝表面镀钴；另一半铁丝表面渗硼；分别形成镀钴铁丝和渗硼 铁丝；镀钴层的厚度为100-200微米；渗硼层的厚度为200-300微米；铜丝与得到的渗硼铁丝和镀钴铁丝三者总体长度相当；按清洁球生产的常规方法将上述铜丝、渗硼铁丝和镀钴铁丝各取一根丝形成球状的混 合三丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝 团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置 完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；镁合金材料基体的准备按重量百分含量Al为9-11%，Sr为0.2% 0.5%，Sn为 2% 3%，Pb 为 2% 3%，Fe 为 2%，Zr 为 0. 5% l%，La 为 0. 0. 3%，其余 为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化温度为700-720°C ；将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗硼铁丝和镀钴铁丝 包围，然后冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的韧性材料。 本发明相比现有技术的有益效果如下1、本发明材料中的铜丝及铁丝自身具有相当的强度和较高的韧性。铜丝的Cu及铁丝 上的B、Co进入液态镁中，与镁合金中的元素形成MgB2、MgCo2、Mg2Cu、Co3Sn2等特殊化合 物，弥散增强镁合金基体中；狗固溶在镁合金，对镁固溶强化；未熔的铜丝及铁丝与镁合 金冶金结合，对镁合金起到增强增韧的作用。2、另外，本发明材料中的ττ和La与Mg可以形成化合物MgLa和Mg2Zr，分布于基 体中，对镁合金的组织具有显著细化的作用，有助于材料韧性的提高。本发明材料中p、s为 杂质，控制在允许的范围。3、合金材料用铁代替了部分镁，材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，生产的 合金材料性能好，而且非常便于工业化生产。本发明的合金性能见表1。
图1为本发明实施例一制得的强韧性镁合金材料的金相组织。图1可以看到在镁合金与金属丝结合良好。
具体实施例方式以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg 或其它重量单位。以下铜丝与铁丝均为市购，镀钴、渗硼层自制。实施例一铜丝及渗硼铁丝、镀钴铁丝的准备 分别取直径为1mm、成分为纯铜的铜丝；取直径为1mm、成分重量百分含量C为0. 05%, Si为0. 2%, Mn为0. 25%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为Fe的铁丝，所取铁丝的总体长度为铜丝的二倍；控制两种金属丝占材料的 体积百分比为10%。按常规方法在将一半铁丝表面镀钴；另一半铁丝表面渗硼；分别形成镀钴铁丝和 渗硼铁丝；镀钴层的厚度为100微米；渗硼层的厚度为200微米；形成的渗硼铁丝、镀钴丝 与铜丝三者长度相当；按清洁球生产的常规方法将上述铜丝、渗硼铁丝和镀钴铁丝各取一根丝形成球状的混4合三丝金属丝团(三根丝各取一根同时成团，形成三丝金属丝团，成型可按洗碗用的清洁球 或称钢丝球的方法制作)，金属丝团直径为15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金 属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型； 布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；镁合金材料基体的准备按重量百分含量Al为9%，Sr为0. 2%，Sn为2%, 为2%， 狗为1%，^ 为0. 5%，La为0. 1%，其余为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化 温度为 710-715°C ；将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗硼铁丝和镀钴铁丝 包围，然后冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的韧性材料。实施例二镁合金材料基体成分按重量百分含量Al为11%，Sr为0. 5%，Sn为3%，1 为3%， !^e为2%, 为1%，La为0.3%，其余为Mg进行配料。铜丝为纯铜。铁丝成份的重量百分含量C为0. 09%, Si为0. 3%, Mn为0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为狗。两种金属丝直径均为2mm ；铁丝的总体长度为铜丝的二 倍，两种金属丝占材料的体积百分比为35%。按常规方法在将一半铁丝表面镀钴；另一半铁丝表面渗硼；分别形成镀钴铁丝和 渗硼铁丝；镀钴层的厚度为200微米；渗硼层的厚度为300微米。形成的渗硼铁丝、镀钴铁 丝与铜丝三者长度相当；按清洁球生产的常规方法制作得到的三种金属丝混合的三丝金属 丝团，金属丝团直径为10cm。制备过程同实施例一。实施例三镁合金材料基体成分按重量百分含量Al为10%，Sr为0.3%，Sn为2.5%，1 为 2. 5%，Fe为1. 5%，Zr为0. 7%, La为0. 2%，其余为Mg进行配料。铜丝为纯铜。铁丝成份的重量百分含量C为0. 07%, Si为0. 25%, Mn为0. 3%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为狗。两种金属丝直径均为1. 5mm，铁丝的总体长度为铜丝的二 倍，两种金属丝占材料的体积百分比为20%。镀钴层的厚度为150微米。渗硼层的厚度为250微米。形成的渗硼铁丝、镀钴铁 丝与铜丝三者长度相当；按清洁球生产的常规方法制作得到的三种金属丝混合的三丝金属 丝团，金属丝团直径为15cm。制备过程同实施例一。对比实施例四原料配比不在本发明范围内的实例镁合金材料基体成分按重量百分含量Al为8%，Sr为0. 1 %，Sn为1 %，1 为1 %，Fe 为0. 5 %，^ 为0. 4%，La为0. 05 %，其余为Mg进行配料。铜丝为纯铜。铁丝成份的重量百分含量C为0. 04%, Si为0. 1%, Mn为0. 2%, P<0. 02%, S <0.02596，其余为狗。两种金属丝直径为0. 5mm，铁丝的总体长度为铜丝的二 倍，两种金属丝占材料的体积百分比为5%。铁丝不镀钴也不渗硼层。按清洁球生产的常规方法制作得到的三股金属丝(二股 铁丝，一股为铜丝)混合的三丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。制备过程同实施例一。
对比实施例五原料配比不在本发明范围内的实例镁合金材料基体成分按重量百分含量A1为12%，Sr为0. 7%，Sn为4%, 为43%， !^e为3%, 为1.5%，La为0.4%，其余为Mg进行配料。铜丝为纯铜。铁丝成份的重量百分含量C为0. 1%，Si为0. 4%, Mn为0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为狗。两种金属丝直径为3mm，铁丝的总体长度为铜丝的二倍， 两种金属丝占材料的体积百分比为40%。按常规方法在将一半铁丝表面镀钴；另一半铁丝表面渗硼；分别形成镀钴铁丝和 渗硼铁丝；镀钴层的厚度为250微米；渗硼层的厚度为350微米。形成的渗硼铁丝、镀钴铁 丝与铜丝三者长度相当；按清洁球生产的常规方法制作得到的三种金属丝混合的三丝金属 丝团，金属丝团直径为10cm。制备过程同实施例一。表 权利要求
1.一种强韧性镁合金材料，该材料以镁合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形 成的金属丝团，所用铜丝和铁丝直径均为l-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中铁丝 的总体长度相当于铜丝的二倍，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-35% ；镁合金基体的化学成分的重量百分含量Al为9-11%，Sr为0.2% 0.5%，Sn为 2% 3%，Pb 为 2% 3%，Fe 为 2%，Zr 为 0. 5% l%，La 为 0. 0. 3%，其余 为Mg ；铜丝为纯铜；铁丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 05-0. 09，Si为0. 2% 0. 3%, Mn 为 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S<0. 025%,其余为 Fe。
2.根据权利要求1所述的强韧性镁合金材料，其特征在于所述基体中还分布有化合 物 MgB2、MgCo2 和 Co3Sn2 颗粒。
3.一种强韧性镁合金材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤铜丝及渗硼铁丝、镀钴铁丝的准备分别取直径为l_2mm、成分为纯铜的铜丝及取直径 为l-2mm和成分重量百分含量:C为0. 05-0. 09，Si为0. 2% 0. 3%, Mn为0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余为狗的铁丝，所用铁丝的总体长度相当于铜丝的二倍；控制铜 丝和铁丝占材料的体积百分比为10-35% ；按常规方法在将一半铁丝表面镀钴；另一半铁丝表面渗硼；分别形成镀钴铁丝和渗硼 铁丝；镀钴层的厚度为100-200微米；渗硼层的厚度为200-300微米；铜丝与得到的渗硼铁 丝和镀钴铁丝三者总体长度相当；按清洁球生产的常规方法将上述铜丝、渗硼铁丝和镀钴铁丝各取一根丝形成球状的混 合三丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝 团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置 完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；镁合金材料基体的准备按重量百分含量Al为9-11%，Sr为0. 2% 0. 5%，Sn为 2% 3%，Pb 为 2% 3%，Fe 为 2%，Zr 为 0. 5% l%，La 为 0. 0. 3%，其余 为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化温度为700-720°C ；将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗硼铁丝和镀钴铁丝 包围，然后冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的韧性材料。
全文摘要
本发明提供一种强韧性镁合金材料及制备方法，该材料具有良好的性能。该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料以以镁合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，所用铜丝和铁丝直径均为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中铁丝的总体长度相当于铜丝的二倍，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-35%。
文档编号C22C47/02GK102051544SQ20111000745
公开日2011年5月11日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者张咏, 王玲, 赵浩峰 申请人:南京信息工程大学