[發明專利]稀土鎂合金及其制備方法

無效

• 申請號: 200910064645.0
• 申請日: 2009-04-14
• 公開（公告）號: CN101532105A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 李全安;李建弘;張興淵;李克杰;張清
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C23/06;C22C1/03;B22D21/04;C22F1/06
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳 浩;牛愛周

技術領域

本發明涉及一種稀土鎂合金，同時還涉及一種該稀土鎂合金的制備方法。

背景技術

鎂是最輕的金屬結構材料，在汽車上應用日益增多，汽車每減重100Kg，則100Km節油0.5L，同時減少了尾氣排放，因此進行鎂合金的研究開發對于節約能源、抑制環境污染有著重要意義。但是，由于鎂合金的強度和耐熱性不佳嚴重阻礙其在航空航天、軍工、汽車及其它行業中的應用，因此提高鎂合金的強度和耐熱性能是發展鎂合金材料的重要課題。

現有的耐熱鎂合金的開發主要從限制位錯運動和強化晶界入手，通過適當的合金化，通過引入熱穩定性高的第二相、降低元素在鎂基體中的擴散速率或者改善晶界結構狀態和組織形態等手段來實現提高鎂合金熱強性和高溫蠕變抗力的目的。目前，在所有合金元素中，稀土(RE)元素是提高鎂合金耐熱性能最有效的合金元素，稀土元素在鎂合金中除了具有除氣、除雜、提高鑄造流動性、耐蝕性能以外，同時大部分稀土元素在鎂中具有較大的固溶度極限，而且隨溫度下降，固溶度急劇減少，可以得到較大的過飽和度，從而在隨后的時效過程中析出彌散的、高熔點的稀土化合物相；稀土元素還可以細化晶粒、提高室溫強度，而且分布在晶內和晶界(主要是晶界)的彌散的、高熔點稀土化合物，在高溫時仍能釘扎晶內位錯和晶界滑移，從而提高了鎂合金的高溫強度；同時稀土元素在鎂基體中的擴散速率較慢，這使得Mg-RE系合金適于在較高溫度環境下長期工作。

作為稀土資源第一大國，中國關于Mg-RE系合金的研究近年來不斷增多和深入，稀土鎂合金的研發將有助于我們利用這一優勢。到目前為止，在稀土鎂合金的設計、制備和應用過程中主要存在以下不足：首先，稀土元素的含量對最終的稀土鎂合金的各項性能影響較大，難以控制，過少的稀土量不足以提高合金的耐熱性，過高的稀土量會由于稀土與氧、氫反應生成夾雜，在鑄造過程中易產生熱裂；其次，可供選擇的稀土元素較多，而且多種稀土元素之間的相互作用較為復雜，相比之下，對此的研究還相對不足，目前可供選擇的實際應用的耐熱稀土鎂合金種類較少，其高溫抗拉強度等性能不能完全滿足其在航空航天、軍工、汽車及其它行業中的要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種高強度高塑性的稀土鎂合金。

本發明的另一目的是提供一種該稀土鎂合金的制備方法。

為了實現以上目的，本發明稀土鎂合金所采用的技術方案是：一種稀土鎂合金，由以下質量百分比的組分組成：5～6％Al，0.6～2.4％Y，0.3～1.2％Nd，1.2～4.8％Gd，雜質元素Fe、Cu和Ni的總量小于0.02％，余量為Mg。

所述的稀土元素Y，Nd，Gd的質量百分比之和為3.5～7.0％。

該稀土鎂合金是由鎂，鋁和中間合金Mg-Y，Mg-Nd，Mg-Gd為原料熔煉而成。

本發明的稀土鎂合金的制備方法包括如下步驟：

①將鎂、鋁、中間合金Mg-Y，Mg-Nd和Mg-Gd預熱；

②將鎂和鋁在SF₆+CO₂混合氣體保護下熔化，于720～740℃加入中間合金Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Gd；

③當物料熔化后，去除表面浮渣，將溫度升至770～780℃后停止升溫；

④待溫度降至690～720℃進行澆鑄，得到鑄態合金；

⑤將鑄態合金進行熱處理后得到稀土鎂合金。

步驟①所述的預熱溫度為120～150℃。

所述的熱處理為：將得到的鑄態合金依次進行固溶處理和時效處理。

所述固溶處理的處理溫度為400～500℃，處理時間為10～30小時。

所述時效處理的處理溫度為190～240℃，處理時間為8～25小時。

所述澆鑄時將模具預熱至200～250℃。

本發明稀土鎂合金的組分為Mg-Al-Y-Nd-Gd。重稀土Gd和Y在鎂中的最大固溶度分別是20.3wt％和11.5wt％，Gd和Y是稀土元素中固溶度較大的元素。在鎂-稀土二元合金中，Mg-Gd的高溫強度與蠕變性能表現最顯著，其次是Mg-Y。兩種合金的析出平衡相分別是Mg₅Gd和Mg₂₄Y₅，具有較高的熔點，對鎂合金的室溫及高溫力學性能產生較好的強化效果。鎂合金中加入的Nd元素能與主強化元素Gd和Y產生協同作用，使得主強化元素對鎂合金的室溫及高溫力學性能產生更好的強化效果。