一种低成本阻燃镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及镁合金材料技术领域，具体涉及低成本阻燃镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、导热性好等优点，是目前最具有应用前景的结构材料之一。特别是Mg-Al系变形镁合金，具有良好的变形加工特性，Al元素的加入不仅能起到固溶强化的作用，还能改善合金的塑性和成形性。但是Al元素含量越高，越容易与基体形成热稳定性较低的低熔点析出相β-Mg

现有技术中，CN103468987B公开了一种阻燃镁合金及其制备方法，其组成成分的重量百分比分别为：Mg 90.7-92.7wt.％，Al 6.0wt.％，Mn 0.3wt.％，Ca 0.5-1.5wt.％，Y0.5-1.5wt.％，由于Y元素属于稀土元素，市场价格昂贵，且Y的添加提高了合金的变形抗力，这些都提高了合金的制备成本，不利于大规模的工艺生产和型材的制备。因此，开发低成本阻燃镁合金具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本阻燃镁合金及其制备方法，其不仅拥有良好的综合力学性能，还具有高燃点、成本低的优点。

本发明所述的低成本阻燃镁合金，按重量百分百计包括如下组分：3～12wt.％的Al，0.1～0.6wt.％的Mn，0.5～1.8wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。

进一步，按重量百分百计包括如下组分：3wt.％的Al，0.1wt.％的Mn，1.2wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。

进一步，按重量百分百计包括如下组分：3wt.％的Al，0.6wt.％的Mn，1.2wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。

一种低成本阻燃镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，以镁锭，铝块、镁锰中间合金和镁钙中间合金作为原料，按照本发明所述的低成本阻燃镁合金组分比例称取原料；

步骤二，将镁锭装进炉体中，在CO

步骤三，若铸锭中Al的重量百分比≥6％，机械去除铸锭的表面氧化皮，将铸锭放入热处理炉，进行均匀化退火；

若铸锭中Al的重量百分比＜6％，则进入步骤四；

步骤四，对铸锭进行热挤压得到阻燃镁合金棒材。

进一步，所述镁锭纯度为99.98％，铝块纯度为99.99％，镁锰中间合金中锰的重量百分比为3.0％、镁钙中间合金中钙的重量百分比为20.0％。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本发明利用Al元素在镁中固溶度高的特点，限定了合金中Al元素的重量百分比为3～12wt.％，在低铝(<6wt.％)情况下，利用细晶强化和弥散强化，在高铝(≥6wt.％)情况下，利用固溶强化和第二相强化，使得合金材料具有优良的强度。

2、本发明限定了Mn的重量百分比为0.1～0.6wt.％，Mn元素一方面可以减小基面与非基面滑移之间的阻力和差距，促进非基面滑移的开启，改善塑性，另一方面可与Al元素形成Al-Mn相，进一步改善力学性能。但是当Al含量很高时，Mn含量不易过高，主要是由于当Al含量过高时，易于形成粗大Al-Mn相颗粒，不利于合金性能。

3、本发明限定了Ca的重量百分比为0.5～1.8wt.％。Ca元素能够显著细化晶粒，改变镁合金织构类型，进而改善室温成形性；Ca能够溶解于β-Mg

4、与现有技术相比，本发明不含稀土元素。稀土元素的添加能够显著提升合金的阻燃性能，如Dy、Gd、Y等，但是稀土元素市场价格昂贵，提高了合金的制备成本。而本发明选用的元素均为市场常见合金元素，价格低廉，与现有技术相比，合金制备成本至少降低3～18％。

附图说明

图1为本发明实施例一所述的阻燃镁合金的EBSD图，放大倍数为500；

图2为本发明实施例一所述的阻燃镁合金的SEM图，放大倍数为200；

图3为本发明实施例八所述的阻燃镁合金的SEM图，放大倍数为200；

图4为本发明实施例八和实施例九燃点性能变化曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

所述低成本阻燃镁合金的制备方法包括如下步骤：

步骤一，以镁锭，铝块、镁锰中间合金和镁钙中间合金作为原料，所述镁锭纯度为99.98％，铝块纯度为99.99％，镁锰中间合金中锰的重量百分比为3.0％、镁钙中间合金中钙的重量百分比为20.0％。按照上述的低成本阻燃镁合金组分比例称取原料。

步骤二，将镁锭装进不锈钢坩埚，放入电阻炉；在CO

步骤三，若铸锭中Al的重量百分比≥6％，机械去除铸锭的表面氧化皮，将铸锭放入热处理炉，进行均匀化退火，退火温度为400℃，退火时间为12h；若铸锭中Al的重量百分比＜6％，则直接进入步骤四。

步骤四，将铸锭在温度为350℃的条件下预热2h，使用挤压模具在温度为350℃的条件下对铸锭进行热挤压得到阻燃镁合金棒材，挤压速度为1.5m/min，挤压比为25:1。

实施例一，一种低成本阻燃镁合金，按重量百分百计包括如下组分：3wt.％的Al，0.1wt.％的Mn，1.2wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。

实施例二，一种低成本阻燃镁合金，按重量百分百计包括如下组分：3wt.％的Al，0.6wt.％的Mn，1.2wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。该实施例的制备方法与实施例一相同。

实施例三，一种低成本阻燃镁合金，按重量百分百计包括如下组分：3wt.％的Al，0.1wt.％的Mn，1.5wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。该实施例的制备方法与实施例一相同。

实施例四，一种低成本阻燃镁合金，按重量百分百计包括如下组分：8wt.％的Al，0.1wt.％的Mn，0.8wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。该实施例的制备方法与实施例一相同。

实施例五，一种低成本阻燃镁合金，按重量百分百计包括如下组分：9wt.％的Al，0.1wt.％的Mn，0.5wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。该实施例的制备方法与实施例一相同。

实施例六，一种低成本阻燃镁合金，按重量百分百计包括如下组分：9wt.％的Al，0.1wt.％的Mn，0.8wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。该实施例的制备方法与实施例一相同。

实施例七，一种低成本阻燃镁合金，按重量百分百计包括如下组分：9wt.％的Al，0.1wt.％的Mn，1.2wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。该实施例的制备方法与实施例一相同。

实施例八，一种低成本阻燃镁合金，按重量百分百计包括如下组分：9wt.％的Al，0.6wt.％的Mn，0.5wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。该实施例的制备方法与实施例一相同。

实施例九，一种低成本阻燃镁合金，按重量百分百计包括如下组分：10wt.％的Al，0.1wt.％的Mn，0.8wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。该实施例的制备方法与实施例一相同。

实施例十，一种低成本阻燃镁合金，按重量百分百计包括如下组分：10wt.％的Al，0.1wt.％的Mn，1.2wt.％的Ca，余量为镁Mg和不可避免的杂质。该实施例的制备方法与实施例一相同。

对实施例中得到的棒材进行室温拉伸试验测试其力学性能，测试结果如表1所示。

表1各实施例所获棒材的室温力学性能

由表1可知，所有实施例所制得的阻燃镁合金都具有良好的综合力学性能，屈服强度不低于200MPa，最高可达到240MPa，抗拉强度不低于300MPa，最高可达到343MPa，延伸率也不低于10％，最高可达到17.5％。与此同时，参见图4，当Ca含量高于0.5wt.％时，燃点也不低于700℃。当Al元素含量越低，Ca元素含量越高，合金的阻燃性能越好。

对实施例一制得的阻燃镁合金棒材进行EBSD分析，结果参见图1，合金内部发生完全再结晶，晶粒组织细小，平均晶粒尺寸约为2μm，属于超细晶范围，晶粒细化有助于提升合金的强度和塑性。

对实施例一和实施例八制得的阻燃镁合金棒材进行SEM分析，结果分别参见图2和图3。当合金元素含量较低时，如图2所示，合金内部有大量细小的第二相析出，并弥散分布于基体上，通过弥散强化的方式来提升合金强度。当合金元素含量较高时，如图3所示，一部分细小第二相弥散分布于基体，一部分粗大第二相则以带状形式沿着挤压方向分布，这些第二相也能有效阻碍位错运动，从而进一步提升合金强度。

此外由于Al元素在Mg中的固溶度较高，因此高Al含量的合金还可以固溶强化的方式提升合金强度。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。