[發明專利]快速凝固超高強度鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 200910049871.1
• 申請日: 2009-04-23
• 公開（公告）號: CN101538671A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 袁廣銀;尹健;褚振華;丁文江
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C23/06;C22C1/02;C22C30/00;C22B9/16
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種金屬材料技術領域的合金及其制備方法，具體涉及一種快速凝固超高強度鎂合金及其制備方法。

背景技術

輕質金屬材料應用，有助于交通工具(如汽車，摩托車，航天飛行器等)的輕量化，從而節能環保。鎂合金具有高的比強度、比剛度、比彈性模量，日益受到材料工作者的關注?？焖倌碳夹g可使金屬材料獲得非平衡相，如非晶，納米晶，準晶等，這些非平衡相可大大提高金屬材料機械性能。在鎂合金材料領域，采用快速凝固技術獲得的鎂基大塊非晶合金，其屈服強度和斷裂強度都大大高于普通鎂合金，并且其比強度高的優勢更加突出。但這些鎂基大塊非晶合金的合金體系所含鎂含量較低，原子含量低于80％或重量比只占33.3％左右，這使得它們密度大大的提高，弱化了其比強度的優點。同時，這些鎂基大塊非晶合金的塑性較差，這也極大地限制了鎂基非晶合金作為工程材料的實際應用。

經對現有技術的文獻檢索發現，Men?H等在《J.Mater.Research》(《材料研究雜志》，2003年18卷1502-1504頁)發表了題為“Fabrication?ofternary?Mg-Cu-Gd?bulk?metallic?glass?with?high?glass-forming?abilityunder?air?atmosphere”(“大氣下制備具有高非晶形成能力的Mg-Cu-Gd三元大塊金屬玻璃”)的論文，提出在大氣下利用普通銅模噴鑄方法制備出直徑為8mm的非晶合金圓棒，但該非晶合金在室溫下即會發生由于結構馳豫導致的室溫脆化，從而使得鎂基非晶材料的機械性能明顯下降，沒有任何塑性；并且其合金的鎂含量只占33.3wt.％，使得密度達到3.8g/cm³，大大高于普通鎂合金密度(低于2g/cm³)。盡管其最高強度達到834MPa，但其比強度只有220MPa/g·cm^-3，尚未達到比強度250MPa/g·cm^-3超高強度鎂合金的水平。一般認為，鎂合金強度＞500MPa，比強度＞250MPa/(g·cm^-3)，即被稱為超高強度鎂合金(文獻：郭學鋒，魏建鋒，張忠明，鎂合金與超高強度鎂合金，鑄造技術，2002年23卷3期，pp.133-136)。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種快速凝固超高強度鎂合金及其制備方法，改善快速凝固鎂非晶合金的塑性，降低其密度，并保持較高的強度(＞700MPa)，進一步提高其比強度，使其比強度達到了278～316MPa/g·cm^-3的超高強度鎂合金的水平，適合于航空航天、國防軍工等高端市場對超高強度鎂合金結構材料的需求。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明快速凝固鎂合金材料的包括下列組分(按重量百分比)：49.8-69.6％鎂、11.2-18.3％鎳、10.0-32.2％釓、0-15.0％釹。上述鎂、鎳、釓、釹原料均為純度在99.9％以上。

本發明所涉及的快速凝固鎂合金材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將高純金屬鎂、金屬鎳、金屬釓、金屬釹按上述重量百分比配料。金屬切成厚度為1mm的薄片，以利于下述步驟中的熔煉金屬快速均勻。

(2)將(1)中準備好的原料混合，放入石墨坩堝由高頻感應加熱熔煉，熔煉中，感應爐高頻感應加熱電流由10安培逐漸增加至12安培，實現對原料的緩慢加熱，直至熔化，得到母合金錠。

所述熔煉，其過程維持在25-30分鐘。前10分鐘電流為10安培，接著10分鐘為11安培，最后后5-10分鐘電流為12安培。

所述熔煉以及熔化在密封腔室中進行，使用石墨坩堝，氣氛為純度大于99.999％的純氬氣氛，氣氛壓力為1個大氣壓。

(3)將(2)中所得的母合金錠破碎后采用感應加熱重新熔化，在0.05MPa左右壓力下，熔體噴鑄入直徑為2mm，長大于50mm銅模圓柱型腔內，從而制得由銅模冷卻的快速凝固鎂合金材料。

所述銅模噴鑄工藝，在密封型腔進行，氣氛為氬純度大于99.99％的純氬氣氛，氣氛壓力為0.9個大氣壓。

所述銅模，其直徑應大于10厘米，以保證快速冷卻。

本發明提供的快速凝固鎂合金，是以鎂為主要成分，鎳元素，釓元素和釹元素作為合金元素。與現有快速凝固鎂非晶合金相比，具有的有益效果是：該合金系列具有鎂含量高，密度低，比強度高，塑性好。該系列快速凝固鎂合金的優異性能使其在新型輕質結構材料領域具有廣闊的應用前景。

附圖說明