本发明属于合金材料制造
技术领域：
，具体涉及一种镁铝合金及其制备方法。
背景技术：
：合金材料中，镁是最轻的结构材料，符合低能耗等环保节能要求，因而在汽车、电子、航空等工业领域被用来制备合金。其中，镁铝合金以其密度低、减震能力强和铸造成型工艺性能好等特点，在同其它轻质材料的竞争中取得明显优势，受到汽车、航空工业以及电子产业的青睐。镁铝合金既有金属的强度，而且重量轻也易于散热，抗压性较强，能满足3C产品高度集成化、轻薄话、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。镁铝合金导热性能和强度尤为突出，其硬度是传统塑料机壳的几倍。但镁熔点低，易燃烧，因而由镁制备得到的合金在温度接近其燃点的时候容易自身燃烧，发生火灾危险。传统镁合金仍然存在强度较低、韧性差和塑形加工困难等问题，使镁铝合金的应用受到了限制。尽管镁铝合金以其质量轻延展性好受到追捧，但由于镁本身可以与水、空气发生反应，因此镁铝合金大多不耐腐蚀，其不能在严酷的环境中使用。此外，现有技术中的合金大多成本比较高，而且耐高温、耐磨损、抗拉伸、抗氧化的性能较差，这在一定程度上制约了合金行业的发展以及合金在各种行业放入应用和推广。技术实现要素：本发明为了解决镁铝合金易燃、易腐蚀、易氧化以及硬度差的缺陷，提供了一种镁铝合金及其制备方法。本发明通过以下技术方案实现本发明的目的：一种镁铝合金，主要由如下重量份的原料制成：镁12-20份、铝60-78份、铁7-12份、钴0.2-0.35份、铒0.15-0.4份、铈0.3-0.8份、钨0.1-0.4份、钼0.1-1.3份、坦0.3-0.8份、锆0.01-0.08份、阻燃剂0.4-0.9份、抗氧化剂0.2-0.5份、助熔剂0.3-1.2份和增强剂0.2-0.5份。进一步的，所述镁铝合金主要由如下重量份的原料制成：镁15-18份、铝65-75份、铁8-11份、钴0.25-0.3份、铒0.2-0.35份、铈0.4-0.7份、钨0.2-0.35份、钼0.5-1.2份、坦0.4-0.7份、锆0.02-0.06份、阻燃剂0.5-0.8份、抗氧化剂0.3-0.4份、助熔剂0.5-0.9份和增强剂0.3-0.4份。进一步的，所述镁铝合金主要由如下重量份的原料制成：镁16份、铝70份、铁10份、钴0.27份、铒0.3份、铈0.5份、钨0.3份、钼0.8份、坦0.5份、锆0.05份、阻燃剂0.7份、抗氧化剂0.35份、助熔剂0.7份和增强剂0.35份。进一步的，所述阻燃剂为碳粉和硫铁矿粉以重量份比例1:1混合而成。进一步的，所述抗氧化剂按如下重量百分比的组分混合而成：磷酸9-15％、二甲基酮肟30-42％和甲基苯并三氮唑20-25％，余量为去离子水。进一步的，所述助熔剂为氧化钙或溴化锂。进一步的，所述增强剂为用于表面活化处理的气相纳米二氧化硅。本发明还提供一种镁铝合金的制备方法，该方法主要包括如下步骤：(1)按上述重量份称取各原料；(2)将所述镁、铝、铁、钴、铒、铈、钨、钼、坦和锆放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为40-50rpm，搅拌45-65min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与所述阻燃剂、抗氧化剂和助熔剂混合，然后加入10-20份水，在600-750℃下，搅拌1.5-2.5h，得到混合料；(4)将步骤(3)获得的混合料经真空干燥后去除团聚体，然后制成目数为40-70目的合金颗粒；(5)将步骤(4)后得到的合金颗粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为800-900℃中熔融挤出，制成合金毛坯；(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，所述烧结成型的烧结温度为1200-1300℃，烧结压力为80-100Mpa，烧结时间为1.5-2.5h，然后在烧结成型的合金表面喷涂所述增强剂，得到所述镁铝合金。本发明部分原料的功能介绍如下：碳粉是一种金属元素，为黑色粉状或颗粒状多孔结晶，无定形碳有焦炭，木炭等，晶体碳有金刚石和石墨。冶铁和炼钢都需要焦炭。在工业上和医药上，碳和它的化合物用途极为广泛。碳是晶界强化元素，可作为炼钢用阻燃剂或脱氧剂，利用碳氧反应把氧含量降低。硫铁矿粉主要成分为二硫化亚铁，硫铁矿是一种重要的化学矿物原料，主要用于制造硫酸，也可作为炼钢用阻燃剂或脱氧剂，利用碳氧反应把氧含量降低。磷酸为白色固体，大于42℃时为无色粘稠液体，处理金属表面，在金属表面生成难溶的磷酸盐薄膜，以保护金属免受腐蚀，能够与金属离子络合，钝化催化氧化作用，可以增强抗氧化剂的作用。二甲基酮肟又称为丙酮肟，是一种肟类化合物，具有较强的还原性，常温下为白色片状结晶，熔点为60～61℃，易溶于水、醇、醚、酮、烃、石油醚等有机溶剂，是以羟胺和羰基化合物以缩合反应而制得的新型锅炉水除氧剂，有较强的还原性，有似水合氯醛气味，在空气中挥发很快，呈中性反应，在稀酸中易水解。能快速降低水中的溶解氧，在金属钢材表面形成良好的磁性氧化物保护膜，防止氧腐蚀，并对金属表面起到缓蚀和钝化的作用，且具有用量少、无毒、排放无污染等优点。甲基苯并三氮唑为白色颗粒或粉末，加入金属合金材料中具有的防锈和缓蚀的作用。氧化钙是一种无机化合物，俗名生石灰，物理性质是表面白色粉末，不纯者为灰白色，含有杂质时呈淡黄色或灰色，具有吸湿性，一般指能降低其物质的软化、熔化或液化温度的物质。在冶金学中，氧化钙能降低其物质的软化、熔化或液化温度的物质，与矿物中的杂质结合成渣而与金属分离，以达到熔炼或精炼的目的，是一种碱性助熔剂。溴化锂是白色粉末或粒状晶体，属立方晶系，无色透明或淡黄色液体，能够与矿物中的杂质结合成渣而与金属分离，以达到熔炼或精炼的目的。气相纳米二氧化硅作为一种表面处理的增强剂喷涂在板材上，由于气相纳米二氧化硅的表面硅醇基团的特效作用，使得表层的活性增加，提高附着力，能活化合金表面。本发明的镁铝合金及其制备方法具有以下优点：1、本发明的镁铝合金优化设计了镁、铝、铁以及钴的加入量，使其各自相互协同作用，提高镁铝合金的高温强度和持久强度。适量的铈粉以及钼粉的添加，延缓了镁铝合金裂纹的形成和扩展，提高了镁铝合金的拉伸的时间和持久伸长率；另外，铒、钨、坦和锆的增加，进一步优化镁铝合金的抗氧化性能，维持良好的组织稳定性，降低合金烧结时产生的内应力。碳粉和硫铁矿粉作为阻燃剂，主要通过浇注时产生的CO2、SO2气体与镁反应分别生成致密的MgO+C、2MgO+MgS保护膜起到防氧阻燃的作用；另外，添加碳粉和硫铁矿粉镁铝合金的表面比较光洁,无明显的浮凸产物,铸件颜色呈银白色金属光泽。采用磷酸、二甲基酮肟、甲基苯并三氮唑和去离子水混合而成的混合料作为抗氧化剂，所述磷酸能够增强所述二甲基酮肟的抗氧化性，在合金表面形成一层致密氧化膜，以增强本发明的镁铝合金的防腐能力，所述甲基苯并三氮唑可以使得吸附在金属表面的膜更加均匀稳定，保护合金免受大气及水中有害介质的腐蚀，起到更好的缓蚀效果。采用所述氧化钙或溴化锂作为助熔剂，能够与镁铝合金原料中的杂质结合成渣而与金属分离，降低镁铝合金元素的熔化温度，以达到熔炼或精炼铝镁合金的目的。所述气相纳米二氧化硅作为一种表面处理的增强剂喷涂在合金表面上，通过气相纳米二氧化硅的表面硅醇基团的特效作用，使得镁铝合金表层的活性增加，提高附着力和抗腐蚀性。综上，本发明的镁铝合金力学性能优异，具有耐高温、耐磨损、抗氧化、抗拉伸、性能稳定等特点。2、本发明的铝镁合金生产工艺简单、易于操作和控制，所使用的原料成本相对较低，可以大规模生产。具体实施方式下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。除特别说明外，本发明的原料的重量份为每份1kg。实施例1一种镁铝合金，主要由如下重量份的原料制成：镁12份、铝60份、铁7份、钴0.2份、铒0.15份、铈0.3份、钨0.1份、钼0.1份、坦0.3份、锆0.01份、碳粉与硫铁矿粉以重量份比例1:1混合而成的阻燃剂0.4份、由磷酸9％、二甲基酮肟30％、甲基苯并三氮唑20％和余量的去离子水混合而成的抗氧化剂0.2份、氧化钙助熔剂0.3份和气相纳米二氧化硅增强剂0.2份。本发明的实施例还提供一种镁铝合金的制备方法，该方法主要包括如下步骤：(1)按上述重量份称取各原料；(2)将所述镁、铝、铁、钴、铒、铈、钨、钼、坦和锆放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为40rpm，搅拌45min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与碳粉与硫铁矿粉以重量份比例1:1混合而成的阻燃剂、抗氧化剂以及氧化钙助熔剂混合，然后加入10份水，在600℃下，搅拌1.5h，得到混合料；所述抗氧化剂按如下重量百分比的组分混合而成：磷酸9％、二甲基酮肟30％和甲基苯并三氮唑20％，余量为去离子水。(4)将步骤(3)获得的混合料经真空干燥后去除团聚体，然后制成目数为40目的合金颗粒；(5)将步骤(4)后得到的合金颗粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为800℃中熔融挤出，制成合金毛坯；(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，所述烧结成型的烧结温度为1200℃，烧结压力为80Mpa，烧结时间为1.5h，然后在烧结成型的合金表面喷涂所述气相纳米二氧化硅，得到所述镁铝合金。实施例2一种镁铝合金，主要由如下重量份的原料制成：镁20份、铝78份、铁12份、钴0.35份、铒0.4份、铈0.8份、钨0.4份、钼1.3份、坦0.8份、锆0.08份、碳粉与硫铁矿粉以重量份比例1:1混合而成的阻燃剂0.9份、由磷酸15％、二甲基酮肟42％、甲基苯并三氮唑25％和余量的去离子水混合而成的抗氧化剂0.5份、溴化锂助熔剂1.2份和气相纳米二氧化硅增强剂0.5份。本发明的实施例还提供一种镁铝合金的制备方法，该方法主要包括如下步骤：(1)按上述重量份称取各原料；(2)将所述镁、铝、铁、钴、铒、铈、钨、钼、坦和锆放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为50rpm，搅拌65min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与碳粉与硫铁矿粉以重量份比例1:1混合而成的阻燃剂、抗氧化剂以及溴化锂助熔剂混合，然后加入20份水，在750℃下，搅拌2.5h，得到混合料；所述抗氧化剂按如下重量百分比的组分混合而成：磷酸15％、二甲基酮肟42％、甲基苯并三氮唑25％，余量为去离子水；(4)将步骤(3)获得的混合料经真空干燥后去除团聚体，然后制成目数为70目的合金颗粒；(5)将步骤(4)后得到的合金颗粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为900℃中熔融挤出，制成合金毛坯；(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，所述烧结成型的烧结温度为1300℃，烧结压力为100Mpa，烧结时间为2.5h，然后在烧结成型的合金表面喷涂所述气相纳米二氧化硅，得到所述镁铝合金。实施例3一种镁铝合金，主要由如下重量份的原料制成：镁15份、铝65份、铁8份、钴0.25份、铒0.2份、铈0.4份、钨0.2份、钼0.5份、坦0.4份、锆0.02份、碳粉与硫铁矿粉以重量份比例1:1混合而成的阻燃剂0.5份、由磷酸9％、二甲基酮肟30％、甲基苯并三氮唑20％和余量的去离子水混合而成的抗氧化剂0.3份、氧化钙助熔剂0.5份和气相纳米二氧化硅增强剂0.3份。本发明的实施例还提供一种镁铝合金的制备方法，该方法主要包括如下步骤：(1)按上述重量份称取各原料；(2)将所述镁、铝、铁、钴、铒、铈、钨、钼、坦和锆放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为40rpm，搅拌45min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与碳粉与硫铁矿粉以重量份比例1:1混合而成的阻燃剂、抗氧化剂以及氧化钙助熔剂混合，然后加入10份水，在600℃下，搅拌1.5h，得到混合料；所述抗氧化剂按如下重量百分的组分混合而成：磷酸9％、二甲基酮肟30％、甲基苯并三氮唑20％和，余量为去离子水；(4)将步骤(3)获得的混合料经真空干燥后去除团聚体，然后制成目数为40目的合金颗粒；(5)将步骤(4)后得到的合金颗粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为800℃中熔融挤出，制成合金毛坯；(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，所述烧结成型的烧结温度为1200℃，烧结压力为80Mpa，烧结时间为1.5h，然后在烧结成型的合金表面喷涂所述气相纳米二氧化硅，得到所述镁铝合金。实施例4一种镁铝合金，主要由如下重量份的原料制成：镁18份、铝75份、铁11份、钴0.3份、铒0.35份、铈0.7份、钨0.35份、钼1.2份、坦0.7份、锆0.06份、碳粉与硫铁矿粉以重量份比例1:1混合而成的阻燃剂0.8份、由磷酸15％、二甲基酮肟42％、甲基苯并三氮唑25％和余量的去离子水混合而成的抗氧化剂0.4份、溴化锂助熔剂0.9份和气相纳米二氧化硅增强剂0.4份。本发明的实施例还提供一种镁铝合金的制备方法，该方法主要包括如下步骤：(1)按上述重量份称取各原料；(2)将所述镁、铝、铁、钴、铒、铈、钨、钼、坦和锆放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为50rpm，搅拌65min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与碳粉与硫铁矿粉以重量份比例1:1混合而成的阻燃剂、抗氧化剂以及溴化锂助熔剂混合，然后加入20份水，在750℃下，搅拌2.5h，得到混合料；所述抗氧化剂按如下重量百分比的组分混合而成：磷酸15％、二甲基酮肟42％、甲基苯并三氮唑25％，余量为去离子水；(4)将步骤(3)获得的混合料经真空干燥后去除团聚体，然后制成目数为70目的合金颗粒；(5)将步骤(4)后得到的合金颗粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为900℃中熔融挤出，制成合金毛坯；(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，所述烧结成型的烧结温度为1300℃，烧结压力为100Mpa，烧结时间为2.5h，然后在烧结成型的合金表面喷涂所述气相纳米二氧化硅，得到所述镁铝合金。实施例5一种镁铝合金，主要由如下重量份的原料制成：镁16份、铝70份、铁10份、钴0.27份、铒0.3份、铈0.5份、钨0.3份、钼0.8份、坦0.5份、锆0.05份、碳粉和硫铁矿粉以重量份比例1:1混合而成的阻燃剂0.7份、由磷酸10％、二甲基酮肟40％、甲基苯并三氮唑22％和余量的去离子水混合而成的抗氧化剂0.35份、氧化钙助熔剂0.7份和气相纳米二氧化硅增强剂0.35份。本发明的实施例还提供一种镁铝合金的制备方法，该方法主要包括如下步骤：(1)按上述重量份称取各原料；(2)将所述镁、铝、铁、钴、铒、铈、钨、钼、坦和锆放入搅拌球磨机中进行搅拌研磨，所述球磨机的搅拌速度为45rpm，搅拌55min后得到混合料，将所述混合料进行真空中频感应熔炼、浇注铸锭、碾碎成纳米合金粉；(3)将步骤(2)获得的纳米合金粉与碳粉和硫铁矿粉以重量份比例1:1混合而成的阻燃剂、抗氧化剂以及氧化钙助熔剂混合，然后加入15份水，在650℃下，搅拌2h，得到混合料；所述抗氧化剂按如下重量百分比的组分混合而成：磷酸10％、二甲基酮肟40％、甲基苯并三氮唑22％，余量为去离子水。(4)将步骤(3)获得的混合料经真空干燥后去除团聚体，然后制成目数为50目的合金颗粒；(5)将步骤(4)后得到的合金颗粒通过双螺旋杆挤出机，在熔融温度为850℃中熔融挤出，制成合金毛坯；(6)将所述合金毛坯放入烧结炉进行烧结成型，所述烧结成型的烧结温度为1250℃，烧结压力为90Mpa，烧结时间为2h，然后在烧结成型的合金表面喷涂所述气相纳米二氧化硅，得到所述镁铝合金。申请人还对本发明的镁铝合金的性能进行了实验，实验数据如下：实验组为分别采用实施例1-5的方案制得的镁铝合金；对照组采用市场上普通的镁铝合金，对实验组与对照组的镁铝合金的性能进行实验，并将相关数据记录至表1中。表1实验组1实验组2实验组3实验组4实验组5对照组起燃温度(℃)10601100100010501060730硬度(HRC)444645474632拉伸强度(MPa)11701230117012801290980屈服强度(MPa)890925990980950852抗氧化性优优优优优一般从表1中可以看出，本实验组的镁铝合金的性能均优于对照组，如采用实验组4的方法制备出的镁铝合金，起燃温度比对照组高320℃，硬度比对照组高15HRC，拉伸强度比对照组高300MPa，屈服强度比对照组高28MPa。说明使用本发明制得的镁铝合金力学性能优异，并具有较佳的阻燃性和抗氧化性。上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。当前第1页1 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