专利名称：一种稀土阻燃镁合金及其制备方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及稀土金属作次主要成分的镁基合金，具体地说是一种稀土阻 燃镁合金及其制备方法。
背景技术：
Mg在周期表中的位置处于碱性金属的范围，其核外电子属较少，这决定了Mg具有 很强的化学活性。Mg很容易与具有氧化性的介质发生反应，从而使得以Mg为主的产品 和构件在应用中受到了极大的限制。然而，Mg具有一些其他金属所不具备的优良特性 质轻、高比强度和高比刚度、优良的抗磁性和减震性、良好的切屑加工性和易回收等特 性，所以镁合金在航空、交通和电子等领域具有不可替代的优势。
针对于镁及镁合金易氧化燃烧的缺点，截至目前，国内外科研工作者先后研究过多 种阻燃镁合金的制备方法。这些方法大致分为熔剂覆盖法、气体保护法和合金化阻燃
法。此三种方法在起到提高镁合金阻燃作用的同时，带来了一些不可避免的副作用。熔 剂覆盖法中的熔剂多采用氯盐或氯盐的混合物，在熔炼镁合金的过程中，由于氯盐的密 度大，加入的氯盐会不断地沉到底部，需要不停的加入，这无疑造成了更多夹杂物的巻
入，另外，氯盐是有毒的，对于人身健康与安全造成威胁；气体保护法虽然解决了操作 上的复杂性，但是所用气体为稀有气体或者含S的一些混合气体，稀有气体成本高而且 稀少，不适于广泛推广使用，而含S的气体会产生一些有毒的气体或者具有超强温室效 应的气体，与全球提出的安全型、环保型生产产生冲突；合金化阻燃法是目前较为理想 的阻燃镁合金的制备方法，然而在所有的阻燃元素中，单就提高阻燃性来说，Be和Ca 的效果最佳，但是Be为有毒物质，而钙的加入使得镁合金的力学性能大大降低。另外， 除了上述三种常见的阻燃镁合金的制备方法之外，还有一种是制造设备的更新。国外已 经开发出了真空熔炼镁合金的大型设备，但是其前期资金投入巨大，由于我国冶金设备 技术和企业模式的限制，这种方法在国内还不能得以应用。
我国是稀土资源大国，为此我国的研究者们越来越重视并不断研发稀土对于金属材 料的特殊作用，稀土不仅能净化金属液，除渣排气，而且还能优化材料的性能。为了使 Mg这种具有优良特性的材料获得更大的利用价值，我国的研究者们对于稀土在镁合金中 的作用也进行了积极的研发。
CN101376938公开了一种新型阻燃高强耐热镁合金及其制备方法，是将A1-Ca中间 合金、A1-RE中间合金和Al-Sr中间合金加入到熔融的镁合金AZ91D中；CN1400328披露 了强韧阻燃镁合金，其组分包括A1、 Zn、 Mn、 RE和Mg; CN1540016报道的铸造阻燃镁合金，其组分为A1、 Zn、 Mn、 RE、 Be和Mg。上述专利文献中的RE为混合稀土元素。可见 现有公开的稀土类阻燃镁合金的组成都是以常用镁合金Mg-Al系和Mg-Zn系合金为基体 然后加入多种混合稀土元素的中间合金及其他中间合金，由此也导致现有公开的稀土类 阻燃镁合金的制备方法在熔炼制备过程中不可避免地会巻入一些杂质，并且其制得的阻 燃镁合金的耐热性即燃点还有待进一步提高。
CN200910069793.1阻燃泡沫镁合金及其制备方法所公开的是采用熔体发泡两步法 工艺制得镁钇镝三元合金为基体材料的阻燃泡沫镁合金产品，其制备工艺和制得的产品 结构性能与非泡沫状的阻燃镁合金有本质的区别。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种稀土阻燃镁合金及其制备方法，其是以纯 镁为基体，将其和Mg-Y和Mg-Dy中间合金同时加入，使其一起熔化的方式所制得的镁钇 镝三元阻燃镁合金，其组成的原子百分比是Mg96.(K98.19Ya31^.5Dy1.5~3.5。该方法克服了 现有公开的稀土类阻燃镁合金的制备方法在熔炼制备过程中不可避免地会巻入一些杂质 的缺点，并且其制得的阻燃镁合金的耐热性即燃点得到进一步提高。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是 一种稀土阻燃镁合金，是镁钇镝三元
阻燃镁合金，其组成元素的原子百分比是1^%.0~98.19丫0.31^.50".5~3.5。
上述一种稀土阻燃镁合金的制备方法，其步骤是.. 第一步，配料
按组成元素的质量百分比为Mg : Y : Dy=96. 0 98.19 : 0. 31 0. 5 : 1. 5 3. 5称取 纯镁、Mg-Y中间合金和Mg-Dy中间合金原料，其中，Mg-Y中间合金含Y的质量百分数为 29. 05%其余是Mg, Mg-Dy中间合金含Dy的质量百分数为29. 025%其余是Mg:
第二步，稀土阻燃镁合金的熔炼
将坩埚在坩埚式电阻炉中预热至50(TC取出，将第一步称取的纯镁、Mg-Y中间合金 和Mg-Dy中间合金全原料部一次性加入该坩埚中，再将该坩埚迅速放入坩埚式电阻炉中， 并立刻通入一次保护气体，于温度600 720'C下加热，在600'C、 650'C和720'C进行间 歇性通入保护气体，致使全部原料熔化，在镁的熔点以上进行机械搅拌使稀土元素均匀 分散，在搅拌的同时将浮在该镁合金液上方的残渣扒除，进行稀土阻燃镁合金的熔炼， 所述的保护气体为99.5vol.%CO2+0.5vol.%SF6的混合气体；
第三步，浇铸成阻燃镁合金制品
将第二步坩埚式电阻炉内的坩埚中的温度在720'C的熔炼的稀土阻燃镁合金液，加 热至74(TC，静置10分钟，然后浇铸到金属铸型中，即制得组成元素的原子百分比是
Mg96.0~98.19 Yo.3 l~0.5Dyi .5~3.5 的阻燃镁合金制 品o
上述一种稀土阻燃镁合金及其制备方法，所述纯镁原料是纯度为质量百分比是
99.95%的工业纯镁。
上述一种稀土阻燃镁合金及其制备方法，所述Mg-Y中间合金和Mg-Dy中间合金原料购买于内蒙古稀土研究院，所述纯镁原料则通过一般市购获得，所用的设备是通用的。 本发明的有益效果是与现有技术相比，本发明的显著进步在于-(1)本发明方法制得的阻燃镁合金有很高的纯度，因而各种性能优良。
① 现有技术CN101376938选用的母材是AZ91D，是由工业纯镁经过一道工序炼制成 的常用镁合金，在熔炼制备过程中不可避免的会巻入一些杂质，本发明选用的母材是纯 镁，避免了杂质的巻入。
② 现有技术CN101376938所用的中间合金有A1-Ca中间合金、A1-RE中间合金和 Al-Sr中间合金三种，本发明所用的中间合金只有Mg-Y中间合金和Mg-Dy中间合金两种。 选用的中间合金种类越多，熔炼时会导致镁合金液的纯度越低。
③ 在镁合金的制备过程中，现有技术CN101376938采用的是在740'C，母材AZ91D 熔化后再加入预热过的中间合金。在740'C的高温下，镁合金液的表面很容易吸附空气 中的气体发生反应，使镁合金液的杂质增多，当中间合金加入时，会搅动镁合金液表面， 使得吸附的气体巻入到镁合金液内部，从而降低制备出的阻燃镁合金的性能。本发明方 法采用母材和中间合金一起加入的方式，避免了二次加入中间合金时巻入气体，从而保 证镁合金液纯净，由此保证制备出的阻燃镁合金的优良性能。
(2) 本发明方法制得的阻燃镁合金的燃点提高，即阻燃性能提高。
对本发明方法制得的阻燃镁合金进行阻燃测试，结果是其燃点要比纯镁燃点提高了 200。C左右，燃点的平均值达到了 850。C以上。这个结果比CN101376938、 CN1400328和 CN1540016报道的阻燃镁合金的阻燃总体效果要好。在测试燃点过程中，当本发明方法 制得的阻燃镁合金局部有火星儿闪烁时，其本身能迅速自我修复，阻止了燃烧的进一步 进行，进一步加热，本发明方法制得的阻燃镁合金熔化后，其表面的氧化膜韧性很好， 有效地保护了熔融状态的镁合金液。
(3) 本发明方法实施在一些特征温度时通入一部分保护气然后停气，即于温度 600 720'C下加热，在60(TC、 650'C和72(TC进行间歇性通入保护气体，防止原料的深 度氧化。由于本发明方法采用的是C02+SFe混合保护气体，这种间歇式通入保护气体的方 式大大减少了由于SFe而造成的温室效应，同时还有效地降低了生产成本，而且在环保 和人身安全方面将危害降低。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1制得的阻燃镁合金制品的高倍金相照片。
图2是本发明实施例1制得的阻燃镁合金制品的低倍金相照片。
具体实施例方式
实施例l
5第一步，配料
按组成元素的质量百分比为Mg : Y : Dy=97. 65 : 0. 35 : 2. 0称取纯镁、Mg-Y中间合 金和Mg-Dy中间合金原料，其中，Mg-Y中间合金含Y的质量百分数为29.059i其余是Mg, Mg-Dy中间合金含Dy的质量百分数为29. 025%其余是Mg,所用纯镁为市购商品，Mg-Y 中间合金和Mg-Dy中间合金购自内蒙古稀土研究院；
第二步，稀土阻燃镁合金的熔炼
将坩埚在柑埚式电阻炉中预热至50(TC取出，将第一步称取的纯镁、Mg-Y中间合金 和Mg-Dy中间合金全原料部一次性加入该坩埚中，再将该坩埚迅速放入坩埚式电阻炉中， 并立刻通入一次保护气体，于温度600 720'C下加热，在600'C、 650。C和720'C进行间 歇性通入保护气体，致使全部原料熔化，在镁的熔点以上进行机械搅拌使稀土元素均匀 分散，在搅拌的同时将浮在该镁合金液上方的残渣扒除，进行稀土阻燃镁合金的熔炼， 所述的保护气体为99.5vol.%CO2+0.5vol.%SF6的混合气体；
第三步，浇铸成阻燃镁合金制品
将第二步坩埚式电阻炉内的坩埚中的温度在72(TC的熔炼的稀土阻燃镁合金液，加 热至740'C，静置10分钟，然后浇铸到金属铸型中，即制得组成元素的原子百分比是 Mg97.65Y0.35Dy2.0的阻燃镁合金制品。
图1是本发明实施例1制得的阻燃镁合金制品的500倍金相照片，图2是本发明实 施例1制得的阻燃镁合金制品的200倍金相照片。由这两张照片可以看出，本发明实施 例l制得的阻燃镁合金制品的组织致密，晶界清晰，杂质少。 实施例2
第一步，配料
按组成元素的质量百分比为Mg : Y : Dy=96.1 : 0. 40 : 3. 5称取纯镁、Mg-Y中间合 金和Mg-Dy中间合金原料，其中，Mg-Y中间合金含Y的质量百分数为29.0596其余是Mg， Mg-Dy中间合金含Dy的质量百分数为29. 025%其余是Mg，所用纯镁为市购商品，Mg-Y 中间合金和Mg-Dy中间合金购自内蒙古稀土研究院；
第二步，稀土阻燃镁合金的熔炼
同实施例l;
第三歩，浇铸成阻燃镁合金制品
同实施例1，艮P制得组成元素的原子百分比是Mg妃Y().4oDy3.5的阻燃镁合金制品。 实施例3
第一步，配料
按组成元素的质量百分比为Mg : Y : Dy=97. 05 : 0. 45 : 2. 5称取纯镁、Mg-Y中间合 金和Mg-Dy中间合金原料，其中，Mg-Y中间合金含Y的质量百分数为29.05呢其余是Mg, Mg-Dy中间合金含Dy的质量百分数为29. 025%其余是Mg，所用纯镁为市购商品，Mg-Y 中间合金和Mg-Dy中间合金购自内蒙古稀土研究院；
第二步，稀土阻燃镁合金的熔炼同实施例1;
第三步，浇铸成阻燃镁合金制品
同实施例1，即制得组成元素的原子百分比是Mg97.05Yo.45Dy2.5的阻燃镁合金制品。
实施例4
第一步，配料
按组成元素的质量百分比为Mg : Y : Dy=98.19 : 0. 31 : 1. 5称取纯镁、Mg-Y中间合 金和Mg-Dy中间合金原料，其中，Mg-Y中间合金含Y的质量百分数为29.05免其余是Mg， Mg-Dy中间合金含Dy的质量百分数为29. 025%其余是Mg，所用纯镁为市购纯度为质量百 分比是99.95%的工业纯镁，Mg-Y中间合金和Mg-Dy中间合金购自内蒙古稀土研究院；
第二步，稀土阻燃镁合金的熔炼
同实施例1;
第三步，浇铸成阻燃镁合金制品
同实施例1，即制得组成元素的原子百分比是Mg9^9Y(mDyL5的阻燃镁合金制品。 实施例5
第一步，配料
按组成元素的质量百分比为Mg : Y : Dy=96.0 : 0. 50 : 3. 5称取纯镁、Mg-Y中间合 金和Mg-Dy中间合金原料，其中，Mg-Y中间合金含Y的质量百分数为29.05免其余是Mg， Mg-Dy中间合金含Dy的质量百分数为29. 025%其余是Mg，所用纯镁为市购纯度为质量百 分比是99. 95%的工业纯镁，Mg-Y中间合金和Mg-Dy中间合金购自内蒙古稀土研究院；
第二步，稀土阻燃镁合金的熔炼
同实施例l;
第三步，浇铸成阻燃镁合金制品
同实施例1 ，即制得组成元素的原子百分比是Mg96.oYa5()Dy3.5的阻燃镁合金制品。 在上述实施例所述的进行机械搅拌使稀土元素均匀分散的过程中，镁合金液表面平 稳纯净，并无起燃现象发生；而且搅拌时镁合金液表面的液面能够迅速自我修复，有效 地阻止了外界空气的加入；浇铸时镁合金液流平稳，无任何火星儿闪烁和浓烟的冒出。
对上述所有实施例制得的阻燃镁合金进行阻燃测试，结果是其燃点都要比纯镁燃点 提高了 200。C以上，燃点的平均值达到了 850'C以上。在测试燃点过程中，当上述所有实 施例制得的阻燃镁合金局部有火星儿闪烁时，其本身都能迅速自我修复，阻止了燃烧的 进一步进行，进一步加热，上述所有实施例制得的阻燃镁合金熔化后，其表面的氧化膜 韧性都很好，有效地保护了熔融状态的镁合金液。
权利要求
1.一种稀土阻燃镁合金，其特征在于它是镁钇镝三元阻燃镁合金，其组成元素的原子百分比是Mg96.0～98.19Y0.31～0.5Dy1.5～3.5。
2. 权利要求1所述的一种稀土阻燃镁合金的制备方法，其特征在于步骤是 第一步，配料按组成元素的质量百分比为Mg : Y : Dy=96. 0 98.19 : 0. 31 0. 5 : 1. 5 3. 5称取 纯镁、Mg-Y中间合金和Mg-Dy中间合金原料，其中，Mg-Y中间合金含Y的质量百分数为 29. 05%其余是Mg, Mg-Dy中间合金含Dy的质量百分数为29. 025%其余是Mg;第二步，稀土阻燃镁合金的熔炼将坩埚在坩埚式电阻炉中预热至500'C取出，将第一步称取的纯镁、Mg-Y中间合金 和Mg-Dy中间合金全原料部一次性加入该坩埚中，再将该坩埚迅速放入坩埚式电阻炉中， 并立刻通入一次保护气体，于温度600 720。C下加热，在600'C、 650'C和720。C进行间 歇性通入保护气体，致使全部原料熔化，在镁的熔点以上进行机械搅拌使稀土元素均匀 分散，在搅拌的同时将浮在该镁合金液上方的残渣扒除，进行稀土阻燃镁合金的熔炼， 所述的保护气体为99.5vol.%CO2+0.5vol.%SF6的混合气体；第三步，浇铸成阻燃镁合金制品将第二步坩埚式电阻炉内的坩埚中的温度在720'C的熔炼的稀土阻燃镁合金液，加 热至74(TC，静置10分钟，然后浇铸到金属铸型中，即制得组成元素的原子百分比是Mg96.(K98.19Yo.3M.sDy^3.5的阻燃镁合金制品。
3. 根据权利要求2所述权利要求1所述的一种稀土阻燃镁合金的制备方法，其特征 在于所述纯镁原料是纯度为质量百分比是99.95%的工业纯镁。
全文摘要
本发明一种稀土阻燃镁合金及其制备方法，涉及稀土金属作次主要成分的镁基合金，该合金中组成元素的原子百分比是Mg<sub>96.0～98.19</sub>Y<sub>0.31～0.5</sub>Dy<sub>1.5～3.5</sub>，按此组成元素的质量百分比称取的纯镁、含Y的质量百分数为29.05％的Mg-Y中间合金和含Dy的质量百分数为29.025％的Mg-Dy中间合金全三种原料，于温度600～720℃下加热熔炼，在600℃、650℃和720℃附近进行间歇性通入99.5vol.％CO<sub>2</sub>+0.5vol.％SF<sub>6</sub>的混合保护气体，然后浇铸制得组成为Mg<sub>96.0～98.19</sub>Y<sub>0.31～0.5</sub>Dy<sub>1.5～3.5</sub>的阻燃镁合金制品。该制品有很高的纯度，阻燃性能提高。
文档编号C22C23/00GK101629261SQ20091007011
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者俭 丁, 史中方, 波 廖, 李永艳, 李海鹏, 王志峰, 蔚成全, 赵维民, 黄春瑛 申请人:河北工业大学