热处理对电力机械用镁合金组织与电磁屏蔽性能的影响

  李晓辉1，杨慧玉2

（1．重庆工商职业学院，重庆九龙坡400052；2.重庆建设工业（集团）有限责任公司，重庆430050）

摘要：采用不同的退火工艺对电力机械用新型镁合金Mg-5. 5A1-2. 5Sn-0.1V挤压材进行热处理，并进行了显微组织、微观织构和电磁屏蔽性能的测试与分析。结果表明，在200C～4000C退火温度范围内，该合金的平均品粒尺寸先基本不变、后急剧增大，大角度晶界所占比例先稍有减小、再急剧增大，合金的电磁屏蔽性能先稍有增加、再急剧下降。合金的退火温度宜为2000C~ 3000C。

关键词：热处理；轻合金；电力机械；电磁屏蔽性能；Mg-5.5 Al-2. 5Sn-0．IV合金

中图分类号：TG166.4文章编号：1007 - 7235( 2016) 02 - 0044 - 05

 随着电力机械轻量化要求不断提高，镁合金、铝合金等轻合金在电力机械方面的应用越来越多。热处理是改善轻合金综合性能的有效途径之一，宋竹满等研究了变形量和热处理对6060铝合金力学性能和电导率的影响。张文达等分析了不同复合热处理（即深冷处理+均匀化处理）工艺对再生3104铝合金组织的影响。孙文会等分析了固溶热处理对7136铝合金组织、性能的影响。马国俊等研究了热处理对粉末热挤压法制备6061铝合金强度和塑性的影响。李元东等研究了A291D镁合金在半固态等温热处理中的组织演变过程。李春等研究了等温热处理对ZA92镁合金半固态组织的影响。许道奎等研究了热处理条件对锻造ZK60-Y镁合金力学性能的影响。现有的研究主要集中在热处理对轻合金组织与力学性能方面的影响，关于热处理对轻合金电磁屏蔽性能影响的研究还较少，难以满足大规模推广轻合金在有些领域的应用。为此，笔者采用不同的退火工艺对电子机械用新型镁合金Mg-5. SAl-2. 5Sn-0. 1V挤压材进行了热处理，并研究了退火工艺对该合金组织与电磁屏蔽性能的影响，为Mg-5. SAl-2. 5Sn-0. 1V合金在电力机械领域的商业化应用提供帮助。

1  试验材料与方法

1.1试验材料

 试验材料为挤压态新型镁合金Mg-5.5 Al-2.5Sn-0. 1V，挤压温度为335℃、挤压速度为600 mm/min、挤压比为7：1。试验材料的尺寸为600 mm×100 mm x6 mm。采用EDX 1800B型X射线荧光光谱仪测试试验材料的化学成分，其结果如表1所示。在WRH型热处理炉中进行试验材料的退火处理，其工艺参数如表2所示。

 对退火处理后的Mg-5. SAI-2. SSn-0. 1V合金试料，制备金相试样并浸蚀（浸蚀溶液为S g苦味酸、6m L冰乙酸、10 m L水和100 m L乙醇的混合液）后，采用PG18型金相显微镜和EV018型扫描电子显微镜观察显微组织，用Genesis Apollo X型能谱仪进行微区成分分析。试样的晶粒取向和微观织构采用C ryst Align型电子背散射分析仪进行分析。试样的电磁屏蔽性能采用DN1015型材料屏蔽效能同轴测试仪参照ASTM D4935-2010标准进行测试，测试频

率为20 MHz～1 600 MHz。

2试验结果及讨论

2.1  显微组织的观察与分析

 采用不同工艺退火处理后的Mg-5. 5A1-2. 5Sn-0. 1V合金挤压试样的金相显微组织(OM)如图1所示。图2是采用不同退火工艺处理后Mg-4Al-l S n合金挤压试样的扫描电镜组织( SEM)。表3是图2中A、B、C、D、E和F六处的微区能谱( EDS)分析结果。从图1、图2及表3可以看出，随退火温度从200℃提高至400℃，合金的平均晶粒尺寸先基本不变、后急剧增大；合金中的Mg17 Al12相从不连续三维网状结构先变为细小的颗粒状、再变为粗大的颗粒状；合金中的Mg2Sn相先基本保持不变、再粗化。这主要是因为在退火温度为200℃时（1#试样），退火温度较低，难以使合金中Mg17 Al12相的不连续三维网状结构得到破坏，故仍以不连续三维网状结构分布在Mg基体中。此外合金中Mg2Sn相以细小颗粒状存在于镁基体中。当退火温度提高到3000C时（2#试样），合金中Mg17 Al12相发生部分溶解，使原有的不连续三维网状结构发生破裂，Mg17 Al12相以较细小的颗粒状分布于镁基体。因为300CC的退火温度难以使较高熔点的Mg2 S n相发生明显的尺寸变化，所以Mg2 S n相仍以细小颗粒状分布在镁基体中。此外，2#试样的组织分布较1#试样的更加均匀。当退火温度进一步提高至400℃（3#试样），过高的退火温度留下多余的热量，使Mg17 Al12相的尺寸增大，由细小颗粒状变为粗大颗粒状。此外，Mg2 S n相也在较高温度下尺寸有所增大，发生粗化。

2.3微观织构的分析与讨论

 采用不同退火工艺处理后的Mg-5. SAl-2. 5Sn-0.1V合金挤压试样的EBSD图谱如图3所示。在图3中晶粒的颜色相近的表示晶粒间的取向接近，晶粒的取向差异较小；反之，晶粒的颜色不相近的表示晶粒间的取向不相近，晶粒的取向差异较大。一般认为，相邻晶粒的位向差大于100的晶界定义为大角度晶界，相邻晶粒的位向差小于100的晶界定义为小角度晶界。在图3中，黑色的晶界表示大角度晶界，粉红色的晶界表示小角度晶界。采用不同退火工艺处理后，Mg-5. SAl-2. 5Sn-0. 1V合金挤压试样内部的大角度晶界所占比例如图4所示。从图4

可以看出，当退火温度从200℃（1#试样）提高至300℃（2#试样）时，合金内部的大角度晶界所占比例相近，仅从91. 6%减小至91. 4%，减小了0.2%。当退火温度进一步提高到400℃（3#试样）时，合金内部的大角度晶界所占比例明显增大，较2#试样从91. 4%增加至96. 2%，增加了4.8%。这与合金试样的显微组织观察和分析结果一致。

2.4电磁屏蔽性能

 采用不同退火工艺处理后的Mg-5. SAI-2. 5Sn-0. 1V合金挤压试样的电磁屏蔽性能测试结果如图5所示。从图5可以看出，随频率的增加，采用不同退火工艺热处理后的试样的电磁屏蔽性能均逐渐下降。由于波长与能量成反比，频率越低，电磁波的波长越长，光子的能量越小，穿透性越弱，材料的电磁屏蔽性能越大；相反地，如果频率越高，电磁波的波长越短，光子的能量越大，穿透性越强，材料的电磁屏蔽性能越小。 

此外，从图5还可以看出，不同退火工艺下Mg-5. 5AI-2. 5Sn-0. 1V合金挤压试样的电磁屏蔽性能下降幅度有所不同，下降幅度最小的是退火温度为300℃的2#试样。当频率为1600 MHz时，2#试样的电磁屏蔽效能为71.8 dB;退火温度为2000C的1#试样的电磁屏蔽效能为71.5 dB，，较2#试样的减小了0.4%；退火温度为'400℃的3#试样的电磁屏蔽效能为38.4 dB，较2#试样的减小了46. 5%。这主要是因为退火温度为2000C和300℃时，合金的平均晶粒尺寸相近，晶粒较细，从而可以获得较好的电磁屏蔽效能。电磁屏蔽效能越大，材料的电磁屏蔽性能越好；电磁屏蔽效能越小，材料的电磁屏蔽性能越差。与l#试样相比，2#试样组织更加均匀，从而其电磁屏蔽性能较1#试样的稍好；当退火温度提高到400℃时（3#试样），合金的晶粒明显粗化、组织分布均匀性变差，从而使得合金的电磁屏蔽性能下降幅度大。

3  结  论

 为了研究热处理对电力机械用镁合金组织与电磁屏蔽效能的影响，笔者采用不同的退火工艺对电力机械用Mg-5. SAl-2. 5Sn-0. 1V合金挤压材进行了热处理，并进行了合金的显微组织、微观织构和电磁屏蔽性能的测试与分析，得到如下结论：

 1)在2000C~400℃退火处理温度范围内，Mg-5.5A1-2. 5Sn-0. 1V合金挤压材的平均晶粒尺寸先基本不变、后急剧增大；合金中的Mg17Al12相从不连续三维网状结构先变为细小的颗粒状、再变为粗大的颗粒状；合金中的Mg2 S n相先基本保持不变、再粗化；合金内部的大角度晶界所占比例先稍有减小、再急剧增大；合金的电磁屏蔽性能先稍有增加、再急剧下降。 2)当频率为1600 MHz时，退火温度为400℃时合金的电磁屏蔽效能较300℃的减小了46. 5%，退火温度为200℃时合金的电磁屏蔽效能较3000C的减小了0.4%。

 3)为了获得较佳的电磁屏蔽性能，Mg-5. 5Al-2. 5Sn-0. 1V合金挤压材的退火处理温度宜为200℃～300℃。