一种利用织构提高镁合金电磁屏蔽性能的方法
【专利摘要】本发明提供一种利用织构提高镁合金电磁屏蔽性能的方法。首先将镁合金在350?400oC条件下进行均匀化处理10?12h，水淬冷却至室温；将经过前述技术方案处理的镁合金进行变形量为20?60％的热轧变形，之后再将轧制后的镁合金板材在430?480°C条件下退火处理10?30min，空冷至室温。通过轧制变形，可以使镁合金基面织构强度增加，使合金板材表面与空气阻抗不匹配程度增加，从而导致电磁波在合金表面处的反射损耗增多，经本发明所述工艺处理的镁合金电磁屏蔽性能提高显著。本发明所涉及的工艺设备为通用设备，成本较低，容易操作，工业上易于实现。
【专利说明】
一种利用织构提高镆合金电磁屏蔽性能的方法
技术领域
[0001] 本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种利用织构改善镁合金电磁屏蔽性能 的工艺方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代科学技术的高速发展，越来越多电子、电气设备被投入使用，给人类的生 产和生活带来了极大的便利。与此同时，其附带产生的各种频率和能量的电磁波却充斥着 我们的生活空间，进而形成了一种继水污染、大气污染、噪音污染之后的新型污染，即电磁 福射污染。人们通常采用电磁屏蔽(Electromagnetic Shielding)的方法对电磁污染进行 处理。然而，实现电磁屏蔽是一项非常复杂的系统工程，屏蔽材料在其中扮演着举足轻重的 角色。
[0003] 镁合金作为工程应用中质量最轻的结构材料，具有一系列优点。当镁合金用作屏 蔽材料时，其与传统金属相比，具有密度低，质量轻，比强度高的优势;与泡沫材料，涂层、复 合材料相比，镁合金具有优良的力学性能、电磁屏蔽性能且对环境友好，还可用做工程结构 材料。特别是在对重量比较敏感的电磁兼容领域，如既追求轻量化又需要考虑电磁辐射问 题的3C电子、日用家电、轨道交通、汽车座舱等领域，由于镁的低密度（1.74 g/cm3)和高电 导率(2.3X107 S/m，40% IACS)，镁合金具有特殊的发展优势。
[0004] 但是，对镁合金电磁屏蔽的研究还处在基础阶段，对镁合金材料的电磁屏蔽性能 的调控依然不够明确。镁合金的电磁屏蔽性能还有进一步提高的空间，以满足更为广泛的 工程实际需求。通过塑性变形，可以使合金中原来任意取向的晶粒逐渐调整取向而趋于一 致，形成织构。作为HCP结构，当有织构产生时，镁合金呈现各向异性，对其各项性能产生较 大影响。因此，利用通过乳制来强化织构，从而改善镁合金的电磁屏蔽性能的方法可操作性 强，易于推广，对于进一步研究具有优良电磁屏蔽性能的镁合金具有重要的意义。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的不足之处，本发明目的是提供了一种提利用织构改善镁合金 电磁屏蔽性能的方法。该方法通过不同变形量的热乳及后续的退火处理可有效地强化该乳 制镁合金的织构，通过织构的强化来进一步提高电磁屏蔽性能，所用工艺设备为常规通用 设备，成本较低，容易操作，工业上也易于实现。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种利用织构提高镁合金电磁屏蔽性能的方法，包括如下步骤： (1) 均匀化处理:对铸态镁合金在热处理炉中进行均匀化处理，升温速度15-20 °C/min， 加热到350-400 °C，保温10-12 h，完成后将铸锭水冷至室温； (2) 机加工:将步骤(1)得到的镁合金铸锭锯切、车皮至合适尺寸，得到厚度分别为2.5- 5.5 mm的圆片备用;直径可依实际需要进行改变； (3) 热乳变形:热乳前需在电阻炉中保温20-40 min，保温温度为300-350°C，热乳过程 的单次压下量根据不同合金板材的厚度及乳制道次进行调整，范围为o.l-o. 5 mm，每次乳 制的单次压下量随乳制道次的增多逐渐减小，直至乳制成2-3 _厚的板材。在变形过程中， 在各个道次间隙需要回炉保温3-5 min。相邻乳制道次间，需要对试样进行翻转，并采用动 物油对乳辊表面进行润滑，防止乳制板材弯曲过大。最终，获得变形量分别为20-60%的平整 镁合金板材； (4)退火处理：对不同乳制变形量的镁合金在热处理炉中进行退火处理，退火温度为 430-480 °C，保温时间为10-30 min，空冷至室温。
[0007] 相比现有技术，本发明具有如下有益效果： (1)本发明使得镁合金板材电磁屏蔽性能提高显著:乳制变形后镁合金板材的织构得 到明显强化，电磁屏蔽效能得到了显著的提高，随乳制变形量的增加，可以提高15%-20% 左右。
[0008] (2)本发明所采用的乳制工艺可以乳制出平整的镁合金板材，而不产生过大的弯 曲，利于各方面以及工业上的应用。
[0009] (3)本发明操作简单、成本较低:本发明利用常规的通用设备即可实现，工艺设计 合理、流程短。其中所使用原料为常见镁合金，并且仅通过热乳和退火即可获得具有更高更 高电磁屏蔽性能的变形镁合金，提高了生产效率，降低成本，有利于大规模工业化应用。
[0010] 本发明改善合金电磁屏蔽性能的机理在于:对于镁合金，通过乳制获得了强基面 织构。该过程中合金内部晶粒发生翻转，使其C轴逐渐平行于乳制板的法向方向（ND)，由于 镁金属沿c轴电导率高于a轴方向，使得乳制板面的阻抗2 3随着乳制变形量的增加而降低， 进而而增大了板面与空气的阻抗差值。材料表面与空气的阻抗差值越大，电磁波更容易被 反射。另外，趋于一致的晶粒，让入射电磁波接触到由各个晶粒基面组成的板面，电磁波发 生反射。晶粒取向的一致性程度越高，基面织构强度越强，对电磁波的反射损耗越高。
【附图说明】
[0011]图1为不同乳制变形量AZ31合金宏观织构。
[0012]其中：（a)未变形；（b)实施例1; (c)实施例2; (d)实施例3。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0014] 需要说明的是，这些实施例仅用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明 的构思前提下本方法的简单改进，都属于本发明要求保护的范围。
[0015] 实施例1: 一种利用织构提高镁合金电磁屏蔽性能的方法，该方法包括以下步骤： (1) 均匀化处理:对铸态的AZ31镁合金在热处理炉中进行高温均匀化处理，升温速度 15-20°C/min，加热到380°C，保温12h，完成后将铸锭水冷至室温； (2) 机加工:将步骤（1)得到的镁合金铸锭锯切、车皮至合适尺寸，得到厚度为2.8 mm， 直径为135mm的圆片，备用； (3) 热乳变形:热乳前需在350°C电阻炉中保温30 min，热乳过程的单次压下量根据乳 制道次进行调整，范围为0.1-0.2 mm，每次乳制的单次压下量随乳制道次的增多逐渐减小， 直至乳制成2 mm厚的板材。在变形过程中，在各个道次间隙需要回炉保温5 min。相邻乳制 道次间，需要对试样进行翻转，并采用动物油对乳辊表面进行润滑，防止乳制板材弯曲过 大。最终，获得变形量为20%的平整AZ31镁合金板材； (4)退火处理:对不同乳制变形量的AZ31镁合金在热处理炉中进行退火处理，退火温度 为450°C，保温时间为10 min，空冷至室温。
[0016] 实施例2:本实施例采用厚度为3.3_的AZ31镁合金的原片，苯用与实施例1相同的 均匀化处理工艺及退火处理工艺，热乳过程的单次压下量根据乳制道次进行调整，范围为 0.2-0.3 mm，每次乳制的单次压下量随乳制道次的增多逐渐减小，最后得到变形量为35%的 AZ31镁合金板材。
[0017] 实施例3:本实施例采用厚度为5.3_的AZ31镁合金的原片，采用与实施例1相同的 均匀化处理工艺及退火处理工艺，热乳过程的单次压下量根据乳制道次进行调整，范围为 0.3-0.5 mm，每次乳制的单次压下量随乳制道次的增多逐渐减小，最后得到变形量为60%的 AZ31镁合金板材。
[0018] 取上述实施例1~3的AZ31镁合金乳制板材进行织构分析并对电磁屏蔽性能进行测 试，测出的性能见表1。为了便于比较，表1中同时给出了未经乳制的合金板材的性能数据。
[0019] 表1本发明所述镁合金材料的织构强度和电磁屏蔽性能
通过表1中织构强度一栏可以发现，未变形态AZ31合金没有明显的织构，合金的晶粒取 向比较随机。在乳制变形后，合金织构类型从随机织构转变为(0001)基面织构，且随着变形 量的增加基面织构强度逐渐增加。同时可以推断合金中的晶粒随着乳制变形量的增加而逐 渐发生转动，从而使其c轴偏转至趋向平行于ND方向。
[0020] 通过表1中电磁屏蔽效能一栏可以发现，乳制变形后合金的电磁屏蔽性能得到了 显著的提高。该过程可以分为I和n阶段:第I阶段，原始态合金样品在测试频段的电磁屏蔽 效能为73~98dB，经过20%变形量后屏蔽效能显著提高到84~98dB;第II阶段，增加合金的 乳制变形量到35%时，屏蔽效能提高到86~98dB，进一步增加乳制变形量到60%时，屏蔽效能 微小提升至87~98dB。
[0021] 可见，通过乳制以及乳制变形量的增加，可以使镁合金基面织构强度增加，板材表 面与空气阻抗不匹配程度的增加，从而导致电磁波在合金表面处的反射损耗增多，屏蔽性 能随之升高。乳制过程中合金内部晶粒发生翻转，使其c轴逐渐平行于乳制板的法向方向 (ND)。由于镁金属沿c轴电导率高于a轴方向，使得乳制板面的阻抗2 3随着乳制变形量的增 加而降低，进而而增大了板面与空气的阻抗差值。材料表面与空气的阻抗差值越大，电磁波 更容易被反射。另外，趋于一致的晶粒，让入射电磁波接触到由各个晶粒基面组成的板面， 电磁波发生反射。晶粒取向的一致性程度越高，基面织构强度越强，对电磁波的反射损耗越 高。因此，通过本发明方法处理的镁合金具有更高的电磁屏蔽性能（平均可以提升10dB左 右）。本发明涉及的是常用的热处理和乳制工艺，简单可靠，可以推广应用。
[0022]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的 技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在 本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种利用织构提高镁合金电磁屏蔽性能的方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 均匀化处理：对铸态镁合金在热处理炉中进行高温均匀化处理，升温速度15-20 °C/min，加热到350-400 °C，保温10-12 h，完成后将铸锭水冷至室温； (2) 机加工:将步骤(1)得到的镁合金铸锭锯切、车皮至合适尺寸，得到厚度分别为2.5- 5.5 mm的圆片备用，直径可依实际需要进行改变； (3) 热乳变形：将步骤(2)得到的圆片进行热乳变形，热乳前需在电阻炉中保温20-40 min，保温温度为300-350°C，热乳过程的单次压下量根据不同合金板材的厚度及乳制道次 进行调整，范围为0.1-0.5 mm，直至乳制成2-3 mm厚的板材;在变形过程中，在各个道次间 隙需要回炉保温3-5 min;相邻乳制道次间，需要对圆片进行180°翻转，并采用动物油对乳 辊表面进行润滑，防止乳制板材弯曲过大;最终，获得变形量分别为20-60%的镁合金板材； (4) 退火处理：对不同乳制变形量的镁合金在热处理炉中进行退火处理，退火温度为 430-480 °C，保温时间为10-30 min，空冷至室温。2. 根据权利要求1所述的一种利用织构提高镁合金电磁屏蔽性能的方法，其特征在于： 所述均匀化处理温度为380-400 °C，保温时间为10-10.5h。3. 根据权利要求1所述的一种利用织构提高镁合金电磁屏蔽性能的方法，其特征在于： 乳制过程中的单次下压量需要为乳制出平板，根据不同试样及乳制道次进行调整，20-40% 变形量乳制单次压下量范围为0.1-0.2mm，40-60%变形量乳制单次压下量范围为0.2-0.5 mm，每次乳制的单次压下量随乳制道次的增多逐渐减小。4. 根据权利要求1所述的一种利用织构提高镁合金电磁屏蔽性能的方法，其特征在于： 相邻乳制道次间，需要对合金板材进行180°翻转，并进行lOmin的回炉保温。
【文档编号】C22F1/06GK105821356SQ201610427378
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】陈先华, 郜商羽, 宋锴, 潘复生
【申请人】重庆大学