[發明專利]有效利用稀土元素Y強化Mg－Zn－Y－Zr系鎂合金及制備方法

有效

• 申請號: 200710011501.X
• 申請日: 2007-05-30
• 公開（公告）號: CN101314829A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 許道奎;韓恩厚;陳榮石;劉路;高國忠
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C23/04
• 分類號: C22C23/04;C22C1/03;B22D21/04;C22F1/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及有效利用稀土元素Y強化鎂合金的方法及其制備技術，特別是一種具有低密度、高強度、較好塑性的變形Mg-Zn-Y-Zr系鎂合金材料——推晶相強化鎂合金及制備該合金材料的方法。

背景技術

鎂合金作為一種新型的金屬材料，具有密度低、比強度和比剛度高等優點，這使得鎂合金在航空航天和汽車等高新技術領域有著潛在的廣泛應用前景。與其它鎂合金相比，由于Mg-Zn-Y-Zr變形鎂合金在室溫和高溫下具有較高的屈服和抗拉強度，所以關于其力學性能的研究報道有很多。研究結果表明，Mg-Zn-Y-Zr鎂合金主要是通過準晶相I-Mg₃Zn₆Y的形成來提高其力學性能的。因此，可以預測，通過增加合金中準晶相的體積百分含量可以使Mg-Zn-Y-Zr鎂合金的力學性能得到顯著的提高。迄今為止關于準晶相體積百分含量對合金力學性能影響的文獻報道只有一篇。文獻(Mater.Sci.Eng.A(材料科學與工程)449-451(2007)987)報道了在Zn/Y比為5的前提下，通過增加合金元素鋅(Zn)和稀土元素釔(Y)，使Mg-Zn-Y-Zr合金中準晶相的體積百分含量增加，從而使合金的強度得到顯著的提高。然而，該工作沒有深入認識到準晶相的形成與Zn/Y比的關系，僅僅通過增加鋅(Zn)和釔(Y)的重量百分含量來提高合金的力學性能，這將使稀土元素Y對鎂合金的強化作用得不到有效的發揮。因此，為了充分發揮稀土元素Y對Mg-Zn-Y-Zr鎂合金的強化作用，提出一種新的準晶相形成與Zn/Y比的關系是目前亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有效利用稀土元素Y強化Mg-Zn-Y-Zr系鎂合金及其制備方法，解決鎂合金準晶相強化等問題。在一定Y含量的前提下，通過合理選擇合金中Zn/Y比，使引入到鎂合金基體中準晶相的體積百分含量達到最大，制備出具有低密度、高強度、較好塑性的Mg-Zn-Y-Zr鎂合金。

本發明的技術方案是：

本發明的高Zn/Y比Mg-Zn-Y-Zr鎂合金材料其組分及其含量為：鋅(Zn)含量為5～30％；釔(Y)含量為0.5～5％；鋯(Zr)含量為0.3～0.8％和余量的鎂(Mg)組成，所有百分數為重量百分數；為使合金中準晶相的體積百分含量達到最大，鋅和釔的重量比值(Zn/Y)為6～15。

本發明的高Zn/Y比Mg-Zn-Y-Zr鎂合金材料，其抗拉強度為σ_b＝290～360MPa，屈服強度為σ_0.2＝175～260MPa，延伸率為δ＝10～18％，密度為1.84～2.73g/cm³。

本發明最重要的發現在于：通過選取合理的鋅釔比(Zn/Y＝6～15)，將引入到Mg-Zn-Y-Zr鎂合金材料的基體中準晶相的體積百分含量達到最大(準晶相的體積百分含量在6％-35％范圍內)，使合金獲得了較高的強度且保留著較好的塑性。

本發明的內在機理主要為：準晶相的形成與Zn/Y比有關。在一定稀土元素Y含量的前提下，通過確定準晶相形成對應的最大Zn/Y比值，使合金中準晶相的體積百分含量達到最大，從而有效地提高合金的力學性能。本發明合金成分是這樣確定的：

本發明鋅(Zn)和釔(Y)含量分別為5～30％和0.5～5％，由于準晶相的引入與鋅，釔含量密切有關。在稀土元素Y含量一定時，當鋅和釔的重量比值(Zn/Y)為6～15時，鋅和釔將以準晶相形式存在于合金基體中，而且隨著Zn/Y比的增加準晶相的體積百分含量顯著增加。因此，本發明通過合理控制Zn/Y比值，充分保證引入到合金基體中的準晶相體積百分含量達到最大，起到顯著強化合金的目的。

本發明鋯(Zr)含量為0.3～0.8％，可以使合金的晶粒得到有效細化。

本發明一種有效利用稀土元素Y強化Mg-Zn-Y-Zr系鎂合金的方法，包括控制Zn/Y比，向合金基體中引入較多的準晶相和后續的熱擠壓加工。其具體冶煉鑄造和后續熱擠壓加工過程的具體步驟如下：

1)烘干及預熱：常規輔料(覆蓋劑/RJ-5)的烘干溫度為120～180℃；各種配料與澆鑄模具的預熱溫度為150～300℃；常用工具(攪拌器、掏渣勺、澆鑄用料勺等)在700～740℃的熔融態洗滌熔劑中清洗及預熱。

2)鎂錠的熔化：設定溫度680～720℃，升溫；當坩堝預熱至暗紅色(400～500℃)時，清理坩堝內殘渣，在坩堝內壁及底部均勻地撒上一層覆蓋劑/RJ-5；加入已預熱的鎂錠，并在爐料上撒上一層覆蓋劑/RJ-5；此過程中覆蓋劑/RJ-5用量占爐料重量的0.1～1.0％；繼續升溫。