專利名稱：一種加強屏磁防輻射抗靜電功能的鎂合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鎂合金材料及其制備方法，特別是指一種具有加強屏磁、防輻射、抗靜電功能的鎂合金材料。
背景技術：
磁輻射超過一定強度(即安全衛生標準限值)后，會對人體產生負面效應，導致頭疼、失目民、記憶衰退、血壓升高或下降、心臟出現界限性異常等癥狀，如在電磁輻射超強度的環境下長期作業，嚴重的可能引起部分人員流產、白內障，甚至誘發致癌和基因突變。鎂合金具有很好的電磁屏蔽、阻尼性、減振性、切削加工性，加工成本低、易于回收等優點，但常用鎂 合金材料的耐腐蝕性能較差，尤其是電位腐蝕原因，因此長期以來，鎂合金材料一直難以大規模的被應用在防輻射和抗靜電領域。
發明內容
本發明目的是克服上述已有技術的不足，提供一種可有效加強屏磁、防輻射、抗靜電功能的鎂合金材料，以及這種鎂合金材料的制備方法。本發明鎂合金材料的組份及按質量百分比計的含量為鋁(Al) 4-9. 2%;鈰(Ce)1.5-4% ;鈦(11) O. 8-2% ;不可避免雜質0-2% ;余量為鎂(Mg)，各組份質量之和為100%。形成Mg-Al-Ce-Ti合金材料。在所述的不可避免雜質中，要求按質量百分比計的鐵(Fe)含量< O. 001%。對鋅(Zn)、錳(Mn)、硅(Si)、銅(Tu)、鎳(Ni)等含量不作要求。本發明鎂合金材料的制備方法是
(I)選用鎂-鋁(Mg-Al)、鎂-鈰(Mg-Ce )、鎂-鈦(Mg-Ti )三種合金為原料；
所述的鎂-鋁(Mg-Al)合金中，按質量百分比計的鎂含量>89%，鋁含量>9%，不可避免雜質含量< 2%。鎂-鋪(Mg-Ce)合金中，按照質量百分比計的鋪(Ce)的含量M滿足10%彡M彡20% ;不可避免雜質含量彡O. 001%。鎂-鈦(Mg-Ti)合金中，按照質量百分比計的鈦(Ti)含量N滿足10%彡N彡20% ;不可避免雜質含量彡O. 001%。所述的不可避免雜質包括冶煉過程中殘留在合金中的鐵(Fe )、鋅(Zn )、錳(Mn )、硅(Si)、銅(Tu)、鎳(Ni)等元素。上述三種合金的使用量分別按照下列公式確定
鎂-鈰(Mg-Ce)合金使用量Β=0· 04A+M; (I)
鎂-鈦(Mg-Ti )合金使用量 C=O. 02A + N ;(II)
鎂-鋁(Mg-Al)合金使用量 D=L I (A-B-C) ； (III)
其中A為擬生產的本發明鎂合金材料的總質量；B為生產總質量A的鎂合金材料所需要的鎂-鈰(Mg-Ce)合金的使用量；C為鎂-鈦(Mg-Ti)合金的使用量；D為鎂-鋁(Mg-Al)合金使用量⑷為鎂-鈰(Mg-Ce)合金中按質量百分比計的鈰(Ce)含量；N為鎂-鈦(Mg-Ti)合金中按質量百分比計的鈦(Ti)含量；常數O. 04,0. 02,1.1系經驗數值。
(2)將鎂-鋁(Mg-Al)合金、鎂-鈰(Mg-Ce)合金和鎂-鈦(Mg-Ti)合金放入一密閉裝置中，對該密閉裝置抽真空至-O. 1±0. 02MPa，然后預熱5分鐘以上，預熱溫度為150±20°C ;在加熱過程中要保持真空度。同時，用200±20°C溫度熱源預熱盛裝鎂合金的模具待用，該模具采用碳化硅材料制成。(3)將預熱后的鎂-鋁(Mg-Al)合金放入熔化爐，升溫至350±5°C，通入氬氣，繼續升溫至680-710°C，對金屬溶液攪拌20分鐘以上；然后，向熔化爐中加入氟鈦酸鉀，繼續升溫至780-790°C，攪拌20分鐘以上，再靜置40分鐘以上；先進行合金液下排渣，再做合金液面上打渣處理；
所述氬氣的供氣壓力應保持在I個標準大氣壓以上，供氣量要求在熔化爐內上部氣體中保持氬氣濃度在90%以上。所述的氟鈦酸鉀的添加量根據鎂-鋁 (Mg-Al)合金中鐵(Fe)含量而定，按照質量比計的具體比例是氟鈦酸鉀(K2TiFf^H2O):鐵(Fe) =9. 0 -10. 5:1。由于鎂-鈰(Mg-Ce)合金和鎂-鈦(Mg-Ti)合金中鐵等不可避免雜質含量< O. 001%，可忽略。(4)將預熱后的鎂-鈰(Mg-Ce)合金和鎂-鈦(Mg-Ti)合金加入熔化爐，減溫至7600C ±15°C，再次攪拌20分鐘以上并做打渣處理。(5)將合金液迅速澆注至已經預熱好的盛裝鎂合金的模具中。所述的熔化爐可以是電熔化爐或燃氣熔化爐。所述的氬氣是用于鎂合金冶煉的保護氣，在通入熔化爐后，一直到生產過程結束方可停止供氣。米取以上方法制備的Mg-Al-Ce-Ti合金材料用于生產屏磁防福射抗靜電功能產品時，可以根據產品的用途、性能、結構、用量等要素添加純度為99. 99%鎂錠和純度為99. 99%鋁錠進行二次配比，以達到本發明目的之一內容的各成分要求。所述的添加鎂錠和鋁錠的工作可以在另外場地進行，也可以在上述步驟(4)實施后，步驟(5)實施前一并進行。在合金加工過程中，有少量的鎂(Mg)被燒失，加入氟鈦酸鉀后，在做液下排渣和液面打渣處理過程中，也會有量損現象發生，導致最終制得的合金材料的總質量有所偏差，總質量偏差因素主要依靠在生產過程中技術人員的經驗和技能進行掌控。鈰(Ce)是一種稀土金屬，用來冶煉合金具有優良的還原劑特性，且還原后所形成的合金化合物具有反磁性，并能與鐵(Fe)生成合金自燃。鈦(Ti)是一種重量輕、強度高、有良好的抗腐蝕能力，耐高(低)溫、抗強酸、抗強堿的金屬，比強度位于金屬之首。在電化學中，鈦是單向閥型金屬，電位很負，且鈦是無磁性金屬，不會被磁化。氟鈦酸鉀(K2TiF6-H2O)是一種白色片狀結晶體，熔點780V，在金屬鎂冶煉及鎂合金生產中，可以作為除鐵劑使用。所述的鎂-鋁(Mg-Al)合金、鎂-鈰(Mg-Ce)合金和鎂-鈦(Mg-Ti)合金可以在市場中買到直接使用，也可現場制備。現場制備時，各成分的質量百分比需要嚴格按照上述的要求配比；即鎂-鋁(Mg-Al)合金要求鎂含量M > 89%，鋁含量> 9%，雜質含量< 2% ；鎂-鈰(Mg-Ce)合金要求鈰(Ce)的含量為10 20%，雜質含量< O. 001% ;鎂-鈦(Mg-Ti )合金要求鈦(Ti)的含量為10 20%，雜質含量彡O. 001%。本發明通過以上技術方案的實施，去除了影響鎂合金電位腐蝕性能差的鐵Fe等正磁性物質,增添了耐腐蝕性能強的順磁性物質鈦Ti和反磁性物質鈰Ce，大大加強了鎂合金的屏磁性能和防輻射功能，并提升了合金的耐腐蝕性能，尤其是耐電位腐蝕性能，使得鎂合金導電優勢應用在抗靜電領域。本發明產品可以應用在智能電網、國防軍工、黨政機關、保密系統、信息通信、設備制造、醫療衛生、金融系統、檢測機構、研究院所等行業和領域，為國防軍事、工業、農業、服務業等國家安全以及現代人們生產、生活和健康提供加強屏磁、防輻射、抗靜電功能的三效合一安全保障。
具體實施例方式擬生產本發明鎂合金材料總質量A為lOOOKg，其制備過程如下
(1)對原料鎂-鋁(Mg-Al)合金進行隨機抽檢化驗，按照質量百分比確定原料中鎂(Mg)的含量、鋁(Al)、鐵(Fe)的含量。隨機抽取原料鎂-鋁(Mg-Al)合金樣本三份各10g進行化驗，化驗得到該批次的鎂-鋁(Mg-Al)合金中，各成分的質量百分比平均值為Mg:90. 1% ；A1 9. 1% ；Fe:0. 15% ;其它 0. 65%。隨機抽取原料鎂-鈰(Mg-Ce)合金進行化驗，化驗得到該批次的鎂-鈰(Mg-Ce)合金中，各成分的質量百分比Mg 88% ；Ce : 12%，雜質含量≤O. 001%。隨機抽取原料鎂-鈦(Mg-Ti )合金進行化驗，化驗得到該批次的鎂-鈦(Mg-Ti )合金中，各成分的質量百分比Mg 85% ；T1: 15%，雜質含量≤O. 001%。確定各原料的使用量
鎂-鈰(Mg-Ce)合金使用量 Β=0· 04Α+Μ=0· 04Χ 1000 +12%=333· 33Kg 鎂-鈦(Mg-Ti)合金使用量 C=O. 02Α + Ν=0· 02 X 1000 +15%=133· 33Kg ；
鎂-鋁(Mg-Al)合金使用量D=L I(A-B-C)=L 1XC1000-333. 33-133. 33)=586. 67Kg。(2)將取到的鎂-鋁(Mg-Al)合金、鎂-鈰(Mg-Ce)合金和鎂-鈦(Mg-Ti)合金放入密閉烘箱中，對烘箱進行抽真空至-O. llMPa，然后加溫至150°C預熱5分鐘以上，在加熱過程中要保持真空度。同時，用200°C溫度燃氣爐預熱盛裝合金的模具待用。(3)將鎂-鋁(Mg-Al)合金放入熔化爐，加溫至350°C后，通入氬氣，繼續升溫至690°C，待熔化爐內合金熔化后，進行攪拌30分鐘；然后，向熔化爐中加入氟鈦酸鉀SKg ;繼續升溫至790°C，攪拌30分鐘后靜置60分鐘，進行合金液下排渣處理，而后進行合金液面打渣處理。因鎂-鋁合金為586. 67Kg，鐵含量Fe:0. 15%，則鎂-鋁合金中含鐵總量為586. 67KgX0. 15%=0. 88Kg，氟鈦酸鉀(K2TiF6 · H20) :#(Fe)=9. 1:1，加入氟鈦酸鉀量為O. 88X9. 1=8. 008Kg，取整數為 8Kg。(4)將已經預熱的鎂-鋪(Mg-Ce)合金和鎂-鈦(Mg-Ti )合金加入熔化爐,減溫至750°C，再次攪拌30分鐘并做合金液面打渣處理。(5)將熔化爐內的鎂合金液迅速澆注至已經預熱好的鎂合金模具中冷卻成型。采用以上工藝步驟的加工，制得Mg-Al-Ce-Ti合金材料的質量百分比為鎂(Mg)88. 23% ;鋁(八1)5· 34% ^(Ce)4% ;鈦(11)2% ;其它 O. 43%，其中，合金體中鐵(Fe)含量≤ O. 001%。以上實施例生產過程中，鎂-鈰(Mg-Ce)合金使用量333. 33Kg，鎂-鈦(Mg-Ti)合金使用量133. 33Kg，鎂-鋁(Mg-Al)合金使用量586. 67Kg，再加入氟鈦酸鉀8Kg，各項累加進入熔化爐的總質量為1061. 33Kg。相比計劃生產總質量IOOOKg多了 61. 33Kg，其中氟鈦酸鉀化學反應后的化合物以及多余的氟鈦酸鉀最終要在排渣和打渣處理中去除，實際多了53. 33Kg，冶煉過程中把雜質去除一部分，再把損失量拋除，最終制備的Mg-Al-Ce-Ti合金材料總質量在IOOOKg左右，略有偏差。由于鎂質量最輕，性能活潑，被燒失是鎂，其它元素 損失可以忽略不計。加入氟鈦酸鉀參與去除雜質化學反應后，原有雜質以及多余的氟鈦酸鉀通過液下排渣和液面打渣處理，也會對總質量也有影響。
權利要求
1.一種加強屏磁防輻射抗靜電功能的鎂合金，其特征是該鎂合金的組份及按質量百分比計的含量為鋁4-9. 2% ;鈰1. 5-4% ;鈦O. 8-2% ;不可避免雜質0_2% ;余量為鎂；各組份質量之和為100% ;在所述的不可避免雜質中，按質量百分比計的鐵含量< O. 001%。
2.如權利要求1所述的加強屏磁防輻射抗靜電功能的鎂合金的制備方法，其特征是選用鎂-鋁、鎂-鈰、鎂-鈦三種合金為原料；在所述的鎂-鋁合金中，按質量百分比計的鎂含量> 89%，鋁含量> 9%，不可避免雜質含量< 2% ;在鎂-鈰合金中，按照質量百分比計的鈰含量M滿足10% SMS 20% ;不可避免雜質含量彡O. 001% ;在鎂-鈦合金中，按照質量百分比計的鈦含量N滿足10% SNS 20% ;不可避免雜質含量彡O. 001% ;所述的不可避免雜質包括冶煉過程中殘留在合金中的鐵、鋅、錳、硅、銅、鎳元素；上述三種合金的使用量分別按照下列公式確定鎂-鈰合金使用量Β=0·04Α+Μ; (I)鎂-鈦合金使用量C=O. 02Α + Ν; (II)鎂-鋁合金使用量D=L I (A-B-C) ； (III)其中Α為擬生產的鎂合金材料的總質量；Β為生產總質量A的鎂合金材料所需要的鎂-鈰合金的使用量；C為鎂-鈦合金的使用量；D為鎂-鋁合金使用量;M為鎂-鈰合金中按質量百分比計的鈰含量；N為鎂-鈦合金中按質量百分比計的鈦含量；(2)將鎂-鋁合金、鎂-鈰合金和鎂-鈦合金放入一密閉裝置中，對該密閉裝置抽真空至-O. 1±0. 02MPa，然后預熱5分鐘以上，預熱溫度為150±20°C ;加熱過程中保持真空度； 同時，用200±20°C溫度熱源預熱盛裝鎂合金的模具待用；(3)將預熱后的鎂-鋁合金放入熔化爐，升溫至350±5°C，通入氬氣，繼續升溫至 680-710°C，對金屬溶液攪拌20分鐘以上；然后，向熔化爐中加入氟鈦酸鉀，繼續升溫至 780-790°C，攪拌20分鐘以上，再靜置40分鐘以上；先進行合金液下排渣，再做合金液面上打渣處理；所述氬氣的供氣壓力保持在I個標準大氣壓以上，供氣量應滿足氬氣濃度在熔化爐內上部氣體中保持在90%以上；所述的氟鈦酸鉀的添加量根據鎂-鋁合金中的鐵含量而定，按照質量比計的具體比例為氟鈦酸鉀鐵=9. 0-10. 5:1；(4)將預熱后的鎂-鈰合金和鎂-鈦合金加入熔化爐，減溫至760V± 15°C，再次攪拌 20分鐘以上并做打渣處理；(5)將合金液迅速澆注至已經預熱好的盛裝鎂合金的模具中。
3.如權利要求2所述的加強屏磁防輻射抗靜電功能的鎂合金的制備方法，其特征是所述的熔化爐是電熔化爐或燃氣熔化爐。
4.如權利要求2所述的加強屏磁防輻射抗靜電功能的鎂合金的制備方法，其特征是盛裝鎂合金的模具采用碳化硅材料制成。
全文摘要
一種加強屏磁防輻射抗靜電功能的鎂合金，目的是提供一種可有效加強屏磁、防輻射、抗靜電功能的鎂合金材料，該鎂合金的組份及按質量百分比計的含量為鋁4-9.2%；鈰1.5-4%；鈦0.8-2%；不可避免雜質0-2%；余量為鎂；該鎂合金的制備是選用鎂-鋁、鎂-鈰、鎂-鈦三種合金為原料；確定其使用量；將三種合金放入一密閉裝置中，對該密閉裝置抽真空，預熱5分鐘以上；同時預熱盛裝鎂合金的模具待用；將預熱后的鎂-鋁合金放入熔化爐，升溫，通入氬氣，繼續升溫至680-710℃，向熔化爐中加入氟鈦酸鉀，繼續升溫至780-790℃；先進行合金液下排渣，再做合金液面上打渣處理；將預熱后的鎂-鈰合金和鎂-鈦合金加入熔化爐，減溫并做打渣處理；將合金液迅速澆注至鎂合金模具中。
文檔編號C22C1/03GK102994846SQ20121038946
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者高源 , 高 浩, 高堅珂, 武越, 安文柱, 趙海林, 溫曉光, 范瑞林, 范毓仙 申請人:高源