本发明属于镁合金材料
技术领域：
，具体涉及一种高阻燃变形镁合金及其制备方法。
背景技术：
：近年来，镁合金作为最具有前景的轻金属材料，在轨道交通、3c电子产品、智能制造及军工航空领域的应用逐年递增，特别是当前汽车轻量化已被国家提到日程，国内将逐步取消燃油车，使得开发新能源汽车成为当务之急，这也极大的增加了对于镁合金的需求，特别是对于具有阻燃性能镁合金的需求。目前，大多以向镁合金中添加钙元素来提高镁合金的燃点，而为了使镁合金具有好的阻燃性，其中钙的用量必须被提高到一定比例，但这样会使最终制备的材料中形成mg2ca及al2ca，而mg2ca及al2ca又为硬脆质点，将不利于材料在后期的热加工变形，使材料容易出现裂纹，最终不利于材料成型。申请号为201310409930.8的专利公开了一种阻燃镁合金的成分：mg90.7～92.7％，al6％，mn0.3％，ca0.5～1.5％，y0.5～1.5％。通过在熔炼过程中添加mg-25％y中间合金，使最终制备的镁合金中含有稀土元素y，但mg-25％y中间合金的利用率并不高，且价格较高。因此，急需一种具有高阻燃性能且成本低的变形镁合金。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种高阻燃变形镁合金；目的之二在于提供一种高阻燃变形镁合金的制备方法。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：1、一种高阻燃变形镁合金，按质量百分比计，所述高阻燃变形镁合金由如下组分组成：al1-6.5％，mn0.1-1％，zn0.2-1％，ca0.5-2％，sn0.5-3％，不可避免杂质≤0.2％，余量为mg。进一步，按质量百分比计，所述高阻燃变形镁合金由如下组分组成：al2-4％，mn0.1-0.5％，zn0.2-0.6％，ca0.5-1％，sn0.5-1％，不可避免杂质≤0.2％，余量为mg。进一步，按质量百分比计，所述高阻燃变形镁合金由如下组分组成：al3％，mn0.5％，zn0.6％，ca1％，sn1％，不可避免杂质≤0.2％，余量为mg。2、所述的一种高阻燃变形镁合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)配料：根据高阻燃变形镁合金中各组分的质量百分比，称取镁锭、铝锭、锌锭、锡锭、镁锰中间合金和钙源，并将各原料进行预热处理；(2)熔炼：将熔炼装置预热至暗红后撒入熔剂，然后将镁锭和铝锭投入所述熔炼装置中进行熔化，再加入锡锭和锌锭进行熔化，随后升温至690-760℃后，逐步加入镁锰中间合金和钙源进行熔化，并同时以熔剂灭火覆盖，使用精炼剂进行精炼，于720-780℃下精炼搅拌10-30min后静置处理，最后制备半连续铸锭；(3)均质化处理：在保护气氛下将步骤(2)中制备的铸锭在300-400℃在保温6-18h后，升温至420-500℃，再次保温12-24h，冷却后制得高阻燃变形镁合金。进一步，步骤(1)中，所述镁锰中间合金中锰的含量为10wt％，所述钙源为纯钙或钙含量为30wt％的镁钙中间合金。进一步，步骤(2)中，加入纯钙时将所述纯钙置于钟罩内，伸入熔体液面以下200mm并进行搅拌。进一步，步骤(2)中，所述熔剂按质量百分比计，由如下组分组成：cacl238％-45％，kcl40％-48％，nacl3％-8％，caf25％-12％。进一步，步骤(2)中，所述精炼剂由所述熔剂与萤石粉按质量比5-10：1混合而成。进一步，步骤(3)中，所述保护气氛为sf6与ar按体积比1:9混合后形成的混合气体。进一步，步骤(3)中，按1.5℃/min的速度升温至420-500℃。本发明的有益效果在于：本发明提供了一种高阻燃变形镁合金及其制备方法，该镁合金中通过加入0.5-3％的锡元素，一方面可以减少钙元素的添加量，避免因钙元素添加过多而引起的材料在后期热加工变形比较困难的缺陷；另一方面，添加锡元素后，镁合金中将形成高熔点的mg2sn共晶相，并且能够细化晶粒，不但有利于改善该镁合金的塑性加工性能，还能够进一步提高该镁合金的阻燃性。另外，该方法中熔炼过程中加入钙源时，因使用了特定的熔剂，使钙的利用率能够达到88-95％，极大的提高了钙的利用率。该方法不但工艺简单，且成本低，适合工业化生产。附图说明为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：图1为实施例1中制备的镁合金铸锭的扫描组织图；图2为实施例2中制备的镁合金铸锭的扫描组织图；图3为实施例3中制备的镁合金铸锭的扫描组织图；图4为实施例4中制备的镁合金铸锭的扫描组织图；图5为实施例5中制备的镁合金铸锭的扫描组织图。具体实施方式下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例1制备高阻燃变形镁合金，该高阻燃变形镁合金按质量百分比计，由如下组分组成：al4％，mn0.5％，zn0.6％，ca2％，sn1％，不可避免杂质≤0.2％，余量为mg。按照如下方法制备：(1)配料：根据高阻燃变形镁合金中各组分的质量百分比，称取镁锭、铝锭、锌锭、锡锭、mg-10mn中间合金和钙含量为30wt％的镁钙中间合金，并将各原料烘烤预热至150℃；(2)熔炼：将坩埚预热至暗红后撒入熔剂，再将步骤(1)中预热后的镁锭和铝锭投入坩埚至镁锭和铝锭熔化，再加入锡锭和锌锭至锡锭和锌锭熔化，随后升温至690℃，逐步加入mg-10mn中间合金和钙含量为30wt％的镁钙中间合金，并同时以熔剂灭火覆盖，然后撒入由熔剂与萤石粉按质量比8：1混合而成精炼剂，于720℃下精炼搅拌20min后静置40min，最后半连续铸造得半连续铸锭，其中，熔剂按质量百分比计，由如下组分组成：cacl238％，kcl42％，nacl8％，caf212％；(3)均质化处理：在sf6与ar按体积比1:9混合后形成的混合气体中将步骤(2)中制备的铸锭在320℃在保温15h后，按1.5℃/min的速度升温至460℃，再次保温16h，关闭加热电源，炉内温度冷至300℃以下，开启炉门，拿出铸锭，制得高阻燃变形镁合金，其扫描组织图如图1所示，由图1可知，其中较为弥散网状分布的是mg2ca，属于晶界相，散射长杆状的是mg2sn相，这两种相都是高温相，起到很好的阻燃作用。实施例2制备高阻燃变形镁合金，该高阻燃变形镁合金按质量百分比计，由如下组分组成：al3％，mn0.5％，zn0.6％，ca1％，sn1％，不可避免杂质≤0.2％，余量为mg。按照如下方法制备：(1)配料：根据高阻燃变形镁合金中各组分的质量百分比，称取镁锭、铝锭、锌锭、锡锭、mg-10mn中间合金和纯钙，并将各原料烘烤预热至200℃；(2)熔炼：将坩埚预热至暗红后撒入熔剂，再将步骤(1)中预热后的镁锭和铝锭投入坩埚至镁锭和铝锭熔化，再加入锡锭和锌锭至锡锭和锌锭熔化，随后升温至720℃，加入mg-10mn中间合金，同时将纯钙置于钟罩内，伸入熔体液面以下200mm并进行搅拌，并再以熔剂灭火覆盖，然后撒入由熔剂与萤石粉按质量比6：1混合而成精炼剂，于740℃下精炼搅拌25min后静置45min，最后半连续铸造得半连续铸锭，其中，熔剂按质量百分比计，由如下组分组成：cacl240％，kcl44％，nacl6％，caf210％；(3)均质化处理：在sf6与ar按体积比1:9混合后形成的混合气体中将步骤(2)中制备的铸锭在380℃在保温12h后，按1.5℃/min的速度升温至500℃，再次保温12h，关闭加热电源，炉内温度冷至300℃以下，开启炉门，拿出铸锭，制得高阻燃变形镁合金，其扫描组织图如图2所示，由图2可知，其中较为弥散网状分布的是mg2ca，属于晶界相，散射长杆状的是mg2sn相，这两种相都是高温相，起到很好的阻燃作用。实施例3制备高阻燃变形镁合金，该高阻燃变形镁合金按质量百分比计，由如下组分组成：al3％，mn0.5％，zn0.6％，ca1％，sn0.5％，不可避免杂质≤0.2％，余量为mg。按照如下方法制备：(1)配料：根据高阻燃变形镁合金中各组分的质量百分比，称取镁锭、铝锭、锌锭、锡锭、mg-10mn中间合金和钙含量为30wt％的镁钙中间合金，并将各原料烘烤预热至250℃；(2)熔炼：将坩埚预热至暗红后撒入熔剂，再将步骤(1)中预热后的镁锭和铝锭投入坩埚至镁锭和铝锭熔化，再加入锡锭和锌锭至锡锭和锌锭熔化，随后升温至700℃，逐步加入mg-10mn中间合金和钙含量为30wt％的镁钙中间合金，并再以熔剂灭火覆盖，然后撒入由熔剂与萤石粉按质量比7：1混合而成精炼剂，于750℃下精炼搅拌30min后静置50min，最后半连续铸造得半连续铸锭，其中，熔剂按质量百分比计，由如下组分组成：cacl242％，kcl46％，nacl7％，caf25％；(3)均质化处理：在sf6与ar按体积比1:9混合后形成的混合气体中将步骤(2)中制备的铸锭在300℃在保温18h后，按1.5℃/min的速度升温至440℃，再次保温20h，关闭加热电源，炉内温度冷至300℃以下，开启炉门，拿出铸锭，制得高阻燃变形镁合金，其扫描组织图如图3所示，由图3可知，其中较为弥散网状分布的是mg2ca，属于晶界相，散射长杆状的是mg2sn相，这两种相都是高温相，起到很好的阻燃作用。实施例4制备高阻燃变形镁合金，该高阻燃变形镁合金按质量百分比计，由如下组分组成：al3％，mn0.5％，zn0.6％，ca0.5％，sn1％，不可避免杂质≤0.2％，余量为mg。按照如下方法制备：(1)配料：根据高阻燃变形镁合金中各组分的质量百分比，称取镁锭、铝锭、锌锭、锡锭、mg-10mn中间合金和纯钙，并将各原料烘烤预热至300℃；(2)熔炼：将坩埚预热至暗红后撒入熔剂，再将步骤(1)中预热后的镁锭和铝锭投入坩埚至镁锭和铝锭熔化，再加入锡锭和锌锭至锡锭和锌锭熔化，随后升温至720℃，加入mg-10mn中间合金，同时将纯钙置于钟罩内，伸入熔体液面以下200mm并进行搅拌，并再以熔剂灭火覆盖，然后撒入由熔剂与萤石粉按质量比10：1混合而成精炼剂，于760℃下精炼搅拌15min后静置30min，最后半连续铸造得半连续铸锭，其中，熔剂按质量百分比计，由如下组分组成：cacl245％，kcl40％，nacl5％，caf210％；(3)均质化处理：在sf6与ar按体积比1:9混合后形成的混合气体中将步骤(2)中制备的铸锭在350℃在保温10h后，按1.5℃/min的速度升温至420℃，再次保温22h，关闭加热电源，炉内温度冷至300℃以下，开启炉门，拿出铸锭，制得高阻燃变形镁合金，其扫描组织图如图4所示，由图4可知，其中较为弥散网状分布的是mg2ca，属于晶界相，散射长杆状的是mg2sn相，这两种相都是高温相，起到很好的阻燃作用。实施例5制备高阻燃变形镁合金，该高阻燃变形镁合金按质量百分比计，由如下组分组成：al2％，mn0.5％，zn0.6％，ca0.5％，sn0.5％，不可避免杂质≤0.2％，余量为mg。按照如下方法制备：(1)配料：根据高阻燃变形镁合金中各组分的质量百分比，称取镁锭、铝锭、锌锭、锡锭、mg-10mn中间合金和纯钙，并将各原料烘烤预热至200℃；(2)熔炼：将坩埚预热至暗红后撒入熔剂，再将步骤(1)中预热后的镁锭和铝锭投入坩埚至镁锭和铝锭熔化，再加入锡锭和锌锭至锡锭和锌锭熔化，随后升温至760℃，加入mg-10mn中间合金，同时将纯钙置于钟罩内，伸入熔体液面以下200mm并进行搅拌，并再以熔剂灭火覆盖，然后撒入由熔剂与萤石粉按质量比5：1混合而成精炼剂，于780℃下精炼搅拌10min后静置60min，最后半连续铸造得半连续铸锭，其中，熔剂按质量百分比计，由如下组分组成：cacl240％，kcl48％，nacl3％，caf29％；(3)均质化处理：在sf6与ar按体积比1:9混合后形成的混合气体中将步骤(2)中制备的铸锭在400℃在保温6h后，按1.5℃/min的速度升温至480℃，再次保温24h，关闭加热电源，炉内温度冷至300℃以下，开启炉门，拿出铸锭，制得高阻燃变形镁合金，其扫描组织图如图5所示，由图5可知，其中较为弥散网状分布的是mg2ca，属于晶界相，散射长杆状的是mg2sn相，这两种相都是高温相，起到很好的阻燃作用。力学性能及阻燃性能测试1、力学性能测试对实施例1-5中制备的高阻燃变形镁合金进行力学性能测试，测试数据如下：表1实施例1-5中制备的高阻燃变形镁合金的力学性能数据表样品抗拉强度(mpa)屈服强度(mpa)延伸率(％)实施例129625210实施例227020914实施例326820613实施例426620412实施例523516412由表1可知，本发明中制备的高阻燃变形镁合金的力学性能均已达到常规镁合金的要求，适合多种热加工变形，且相比常有的耐高温稀土镁合金，其成本较低，适合工业化生产。2、阻燃性能测试(1)取一部分实施例1中制备的镁合金，置于马弗炉内，升温至750℃后保温30min，样品处于熔融状态，未见氧化燃烧现象，拨开样品表面，也未见氧化。(2)取一部分实施例2中制备的镁合金，置于马弗炉内，升温至750℃后保温30min，样品处于熔融状态，未见氧化燃烧现象，拨开样品表面，也未见氧化。(3)取一部分实施例3中制备的镁合金，置于马弗炉内，750℃保温30min后，样品处于熔融状态，未见氧化燃烧现象，拨开样品表面，立即氧化燃烧；再取一部分实施例3中制备的镁合金，置于马弗炉内，升温至720℃后保温30min，样品处于熔融状态，未见氧化燃烧现象，拨开样品表面，也未见氧化。(4)取一部分实施例4中制备的镁合金，置于马弗炉内，750℃保温30min后，样品处于熔融状态，未见氧化燃烧现象，拨开样品表面，立即氧化燃烧；再取一部分实施例4中制备的镁合金，置于马弗炉内，升温至720℃后保温30min，样品处于熔融状态，未见氧化燃烧现象，拨开样品表面，也未见氧化。(5)取一部分实施例5中制备的镁合金，置于马弗炉内，720℃保温30min后，样品处于熔融状态，未见氧化燃烧现象，拨开样品表面，立即氧化燃烧；再取一部分实施例5中制备的镁合金，置于马弗炉内，升温至700℃后保温30min，样品处于熔融状态，未见氧化燃烧现象，拨开样品表面，也未见氧化。(5)取一部分实施例2中制备的镁合金，置于石油液化气的火焰上进行灼烧，样品出现软化熔融状态，保持30min未见氧化燃烧现象。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。当前第1页12