本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种镁合金。
背景技术：
镁是一种非常轻的金属,比重大约是铝的2/3，铁的1/4。以镁为基加入其它元素组成的镁合金，具有一系列优异的力学性能,物理性能和化学性能,例如:密度小，比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。此外,镁合金还具备很好的电磁屏蔽、切削加工性以及加工成本低、加工能量仅为铝合金的70%和易于回收等优点。因而,镁合金作为最轻的工程金属材料，被誉为21世纪绿色工程材料。不仅应用领域广泛,已经成为未来新型材料的发展方向之一。
从20世纪开始，镁合金就在航空航天领域得到应用。飞行器结构件的服役环境更加恶劣，不仅要求构件材料质量轻，还要求其具有较高的综合力学性能。由于镁合金可以大大改善飞行器的气体动力学性能并能明显减轻其结构重量，许多航空和航天部件大多由镁合金制作。在交通领域,镁合金已被发达国家广泛用于汽车仪表板、座椅支架、变速箱壳体、方向操纵系统部件、发动机罩盖、车门、发动机缸体、框架等零部件上。用镁合金制造汽车零部件，可以显著减轻车重，降低油耗，减少尾气排放量，提高零部件的集成度，提高汽车设计的灵活性等。
在材料领域中，还没有任何其它材料像镁合金那样具备如此大的潜力和宽广的应用领域。镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，其地壳丰度为2%。根据美国地质调查局（usgs）2015年公布的数据显示，全球已探明的菱镁矿资源量达120亿吨，储量24亿吨。蕴藏丰富的国家包括：俄罗斯（6.5亿吨，占总量27%）；中国（5亿吨，占总量21%）；韩国（4.5亿吨）。中国作为世界上镁资源最为丰富的国家之一，镁资源矿石类型全，分布广泛。考虑到国际竞争日益激烈的今天以及很多金属资源趋于枯竭的现状，加速开发镁合金材料是实现可持续发展的重要措施之一。
然而，尽管镁合金具有质量轻，熔点低，容易冶炼加工的特点，镁合金化学活泼性的特点使得镁合金在冶炼的时候容易发生燃烧并氧化。长久以来，镁合金的冶炼可以通过采用低熔点盐或者气体保护的办法来抑制镁熔体和空气的接触。并使得可以在得到镁合金冶炼产品的同时，杜绝了昂贵的氩气的使用，降低了生产成本。但是，必须看到：（1）在低熔点熔盐法中，坩埚内添加低熔点的熔盐（经常是碱金属，碱土金属及其氯化物和氟化物）来形成镁合金的覆盖层。尽管该方法简单易行，但是会产生大量有刺激性的气体（如cl2，hcl，hf等）而污染环境。此外在浇铸的时候熔剂的加入会导致镁合金产生夹杂，降低合金的机械性能和耐腐蚀能力。而且，当合金中添加稀土元素或者其它活泼元素的时候，熔剂容易和这些元素发生反应导致这些添加元素的损失。（2）气体保护法使用的是sf6，so2和co2，但是它们的缺点是非常明显的。首先sf6对大气温室效应变暖的能力是co2的23900倍，且需要复杂的运输和密封装置和传输设备。so2气体依靠和镁熔体反应生成致密的mgs，mgo和mgso4膜进行对空气的隔绝，过量的so2逃逸到空气中不免会对空气产生污染，形成酸雨。因而气体保护法也不可避免的对环境保护产生了挑战。
目前最先进的镁合金冶炼阻燃技术是通过合金化的办法，在镁合金中添加合金元素在熔炼的时候可以和空气中的氧气或者氮气发生反应生成一层致密的保护膜。因而在抑制了空气和镁熔体接触的同时，提高了镁合金的起燃温度，使熔炼和浇铸时不产生燃烧。但是，尽管这些阻燃镁合金具有优异的阻燃性能，但是目前为止该类材料还在力学性能和物理性能上有很多不足，并因此而严重阻碍了该类材料的产业化进程和市场占有量。因而开发新一代阻燃镁合金，不仅在解决行业难题的同时，也会大大推动我国镁合金生产技术的提升。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种大气环境下半固态挤压铸造成形件用镁合金及工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大气环境下半固态挤压铸造成形件用镁合金及工艺。按重量百分比计,合金的组成为sn:5.0-8.0wt.%,sc:0.2-0.4wt.%,bi:1.5-1.8wt.%,ti:0.4-0.6wt.%,te:0.1-0.2wt.%,in:2.0-2.5wt.%,ru:0.2-0.5wt.%,cd:1.5-2.0wt.%，余量为镁。
上述一种大气环境下半固态挤压铸造成形件用镁合金及工艺，包括如下冶炼步骤（保护气氛下）和加工步骤（大气环境下）：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到800度形成合金熔体，并利用电磁搅拌效应充分搅拌15分钟左右；将合金熔体在800度保温静置15分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。在大气环境下将镁合金铸锭在铁坩锅内加热到460-520度内形成半固态的镁合金熔浆，并采用压铸机平稳的注入到预热为150-250度的模具型腔内；浇铸完成后，开启成型液压机进行挤压；采用的工称压力为2400kn，合模力为1600kn，挤压速度为25-30mm/s,成型比压为90-105mpa，保压时间为10-15s，保温时间为15-20s。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）镁合金的阻燃问题是极具工业价值的一个产业问题。由于镁合金太过于活泼，在熔炼时必须采用保护熔炼的办法。此外，在作为结构件使用过程中由于摩擦生热或者外火的情况下也会发生着火，俗称镁火。尽管目前通过在镁中添加ca，be，zn和稀土元素来提升镁合金的燃烧温度，也就是起燃点，但是这些合金不可避免的出现力学性能差等缺点。本专利就是为了解决这些难题而提出的一种新型阻燃镁合金的解决方案。通过先进的材料设计技术在保证合金阻燃性能的同时，进一步提升镁合金的力学性能。
（2）合金的阻燃能力取决于表面膜阻碍反应物质通过的能力，也就是表面膜的致密度系数（氧化物的体积/消耗金属的体积）。对铝合金而言，表面膜的致密系数为1.28，因而铝合金在熔炼时没有燃烧的问题。但是对于镁合金而言，形成氧化镁的致密度系数为0.79，因而该氧化镁膜疏松。且由于该膜及镁合金熔体的导热性能差，表面氧化生成热不能及时导出，导致熔体表面温度急剧上升，加速了燃烧的进行，甚至产生爆炸。本专利申请保护的阻燃镁合金，通过先进的材料设计将原来疏松氧化镁膜转变为致密的复杂氧化物，氮化物，以及它们复合物的致密膜，致密度系数为1.25-1.30。由于可以有效地铺展在镁合金熔体表面，起到了抑制空气和熔体接触，达到了阻燃的目的。即使在强烈搅拌的条件下，该镁合金熔体表面瞬间生成新的光滑表面膜，且液膜表面无燃烧现象。因而在460-520度的温度范围内，该镁合金在半固态下可以在没有外加保护剂的条件下表现出优异的阻燃性能。此外，该合金的起燃温度为750-800度，取决于合金的具体成分。
（3半固态工艺作为材料加工领域的新技术，是一种近终成型技术。它直接将半固态合金浇铸，缩短了加工流程。采用具有阻燃性能且该合金能在半固态下具有优异的压铸成型能力的镁合金不仅能降低传统镁合金加工成本高的缺点，也能扩大镁合金更多工业领域得到广泛的应用。该阻燃镁合金在本专利所明确的加工条件下，可以完全克服传统铸造用az80镁合金在半固态成型中经常出现的技术问题，包括表面皱皮（镁合金铸件表面凹凸不平），冷隔（金属液与氧化膜分开而未熔合在一起），气孔（镁合金熔体中含的气体在铸造中析出成孔），疏松（由于铸件表面和内部凝固不同步固液体积差别所致），夹杂（传统镁合金熔体粘度系数大而导致氧化物不能及时从熔体中浮出）。在模具预热温度150-250度，成型比压90-105mpa，保压时间10-15s的压铸条件下，可以完全克服传统镁合金在压铸过程中出现的上述技术难题。在提高产品合格率的同时，也使得压铸温度和压铸条件有了明显的简化。不仅可以降低生产成本，也使得该类产品在市场上更具竞争优势。
（4）该合金的凝固温度范围宽广（460-520度），且合金流动性好。在凝固过程中，可以在相当大的温度范围内保持固液两相状态。当模具温度加热到150-250度范围内后，可以有效地进行压铸。所得铸件不仅成分分布均匀，且在压铸过程中表现出的阻燃性能也非常突出。铸件表面的致密氧化膜很薄，有利于压铸后的脱模和降低表面检修的工作量。该材料具备传统镁合金的力学水平：弹性模量为72-74gpa，屈服强度为115-132mpa，抗拉强度为140-158mpa，延伸率为8-10%。且该合金表面的致密保护膜还能起到常见镁合金不具备的耐腐蚀能力，采用该材料制备的产品使用寿命一般维持在6-8年，而常见镁合金的使用寿命只有4年左右。
具体实施方式
实施例1
一种大气环境下半固态挤压铸造成形件用镁合金及工艺。按重量百分比计，合金的组成为sn:5.0wt.%,sc:0.2wt.%,bi:1.5wt.%,ti:0.4wt.%,te:0.1wt.%,in:2.0wt.%,ru:0.2wt.%,cd:1.5wt.%，余量为镁。上述一种大气环境下半固态挤压铸造成形件用镁合金及工艺，包括如下冶炼步骤（保护气氛下）和加工步骤（大气环境下）：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到800度形成合金熔体，并利用电磁搅拌效应充分搅拌15分钟左右；将合金熔体在800度保温静置15分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。在大气环境下将镁合金铸锭在铁坩锅内加热到460-520度内形成半固态的镁合金熔浆，并采用压铸机平稳的注入到预热为150-250度的模具型腔内；浇铸完成后，开启成型液压机进行挤压；采用的工称压力为2400kn，合模力为1600kn，挤压速度为25-30mm/s,成型比压为90-105mpa，保压时间为10-15s，保温时间为15-20s。
该阻燃镁合金通过先进的材料设计将原来疏松氧化镁膜转变为致密的复杂氧化物，氮化物，以及它们复合物的致密膜，致密度系数为1.28。由于可以有效地铺展在镁合金熔体表面，起到了抑制空气和熔体接触，达到了阻燃的目的。即使在强烈搅拌的条件下，该镁合金熔体表面瞬间生成新的光滑表面膜，且液膜表面无燃烧现象。该合金的起燃温度为760度，因而在480-510度的温度范围内，该镁合金在半固态下可以在没有外加保护剂的条件下表现出优异的阻燃性能。该合金的凝固温度范围宽广（480-510度），且合金流动性好。在凝固过程中，可以在相当大的温度范围内保持固液两相状态，可以有效地进行压铸。该材料具备传统镁合金的力学水平，且该合金表面的致密保护膜还能起到常见镁合金不具备的耐腐蚀能力。
实施例2
一种大气环境下半固态挤压铸造成形件用镁合金及工艺。按重量百分比计，合金的组成为sn:8.0wt.%,sc:0.4wt.%,bi:1.8wt.%,ti:0.6wt.%,te:0.2wt.%,in:2.5wt.%,ru:0.5wt.%,cd:2.0wt.%，余量为镁。上述一种大气环境下半固态挤压铸造成形件用镁合金及工艺，包括如下冶炼步骤（保护气氛下）和加工步骤（大气环境下）：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到800度形成合金熔体，并利用电磁搅拌效应充分搅拌15分钟左右；将合金熔体在800度保温静置15分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。在大气环境下将镁合金铸锭在铁坩锅内加热到460-520度内形成半固态的镁合金熔浆，并采用压铸机平稳的注入到预热为150-250度的模具型腔内；浇铸完成后，开启成型液压机进行挤压；采用的工称压力为2400kn，合模力为1600kn，挤压速度为25-30mm/s,成型比压为90-105mpa，保压时间为10-15s，保温时间为15-20s。
该阻燃镁合金通过先进的材料设计将原来疏松氧化镁膜转变为致密的复杂氧化物，氮化物，以及它们复合物的致密膜，致密度系数为1.28。由于可以有效地铺展在镁合金熔体表面，起到了抑制空气和熔体接触，达到了阻燃的目的。即使在强烈搅拌的条件下，该镁合金熔体表面瞬间生成新的光滑表面膜，且液膜表面无燃烧现象。该合金的起燃温度为760度，因而在470-510度的温度范围内，该镁合金在半固态下可以在没有外加保护剂的条件下表现出优异的阻燃性能。该合金的凝固温度范围宽广（470-510度），且合金流动性好。在凝固过程中，可以在相当大的温度范围内保持固液两相状态，可以有效地进行压铸。该材料具备传统镁合金的力学水平，且该合金表面的致密保护膜还能起到常见镁合金不具备的耐腐蚀能力。
实施例3
一种大气环境下半固态挤压铸造成形件用镁合金及工艺。按重量百分比计，合金的组成为sn:5.2wt.%,sc:0.3wt.%,bi:1.6wt.%,ti:0.5wt.%,te:0.1wt.%,in:2.4wt.%,ru:0.3wt.%,cd:1.8wt.%，余量为镁。上述一种大气环境下半固态挤压铸造成形件用镁合金及工艺，包括如下冶炼步骤（保护气氛下）和加工步骤（大气环境下）：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到800度形成合金熔体，并利用电磁搅拌效应充分搅拌15分钟左右；将合金熔体在800度保温静置15分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。在大气环境下将镁合金铸锭在铁坩锅内加热到460-520度内形成半固态的镁合金熔浆，并采用压铸机平稳的注入到预热为150-250度的模具型腔内；浇铸完成后，开启成型液压机进行挤压；采用的工称压力为2400kn，合模力为1600kn，挤压速度为25-30mm/s,成型比压为90-105mpa，保压时间为10-15s，保温时间为15-20s。
该阻燃镁合金通过先进的材料设计将原来疏松氧化镁膜转变为致密的复杂氧化物，氮化物，以及它们复合物的致密膜，致密度系数为1.29。由于可以有效地铺展在镁合金熔体表面，起到了抑制空气和熔体接触，达到了阻燃的目的。即使在强烈搅拌的条件下，该镁合金熔体表面瞬间生成新的光滑表面膜，且液膜表面无燃烧现象。该合金的起燃温度为790度，因而在465-518度的温度范围内，该镁合金在半固态下可以在没有外加保护剂的条件下表现出优异的阻燃性能。该合金的凝固温度范围宽广（465-518度），且合金流动性好。在凝固过程中，可以在相当大的温度范围内保持固液两相状态，可以有效地进行压铸。该材料具备传统镁合金的力学水平，且该合金表面的致密保护膜还能起到常见镁合金不具备的耐腐蚀能力。