[發明專利]鎂鋁合金

有效

• 申請號: 201210022182.3
• 申請日: 2012-02-01
• 公開（公告）號: CN102628133A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 黃原定;彭秋明;諾伯特·豪特;卡爾·烏爾里希·凱勒
• 申請（專利權）人: 亥姆霍茲中心蓋斯特哈赫特材料及海岸研究中心有限公司
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C1/02;C22C1/06;B22D27/20
• 代理公司: 北京攀騰專利代理事務所(普通合伙) 11374
• 代理人: 彭蓉;游舜華

技術領域

本發明涉及一種具有小晶粒尺寸的鎂鋁合金及其制備方法。這種合金尤其適用于鑄造用途。

鎂合金的開發通常為航天工業對輕型材料不斷提高的性能需求所驅動。鎂合金如此受設計者們重視的原因就在于其具有低密度，僅為鋁的三分之二。這也是鎂合金被廣泛用于鑄造及鍛造制品的重要原因。

近年來，由于對高防腐性能的進一步要求，在新型鎂合金的改進上已獲得相當的進展。由于在機械特性和防腐性能方面的改進，鎂合金在航空航天以及其他特殊應用領域日益受到更多的重視。

背景技術

鎂合金的適用性往往會由于較小的晶粒尺寸而得到改善。小的晶粒尺寸通常會使鎂合金具有更好的機械性能和結構均勻性，從而具有更佳的機械加工性能、良好的抗熱剪切性能以及更優的可擠壓性能。目前有許多制件是通過對鑄坯進行擠壓、軋制和鍛造的方式進行生產的。因此，鎂合金的細小晶粒尺寸在鑄造中不僅有利于改善鑄態制件的加工性能，還有助于提高產品的二次加工性能。

鎂合金通常可以分為兩大類：不含鋁的與含鋁的鎂合金。不含鋁的合金主要指含有鋅或者通過鋯改良晶粒的合金，例如ZE41，ZK60，WE43和EZ33。在這些合金中，晶粒尺寸可以通過添加鋯的方式進行控制或減小。然而，鋯的特殊晶粒改良功效在含鋁鎂合金例如AM50，AM60和AZ91中卻不能起作用，這是由于鋁和鋯會很容易發生相互作用而形成穩定的金屬間相，可惜其作為鎂合金晶粒成核劑就不起作用了。因此，仍然需要開發對于鎂鋁合金合適的晶粒細化劑。

工藝現狀

迄今為止，已有多種的鎂鋁合金細化晶粒的方法得以開發。

在過熱方法中，鎂合金被加熱到其熔點以上約150至250℃，在該溫度下維持5至15分鐘，之后迅速冷卻至澆鑄溫度。其晶粒細化機理被認為是通過Al-Mn-Fe化合物的非均勻成核作用。在過熱方法的過程中，觀察到了幾個基本特征。第一，需要在澆鑄溫度以上一定的溫度范圍才能最大限度地發揮晶粒細化的效果。第二，從過熱溫度至澆鑄溫度的快速冷卻以及短暫的保持時間對于形成微細晶粒也是至關重要的條件。由于需要高溫，這種方法的能耗相當高，而且在防止熔體氧化以及檢查與維護澆鑄包等方面還會有相當的花費。

碳接種技術是目前另一種用于鎂鋁合金的主要且有效的晶粒細化方法。該方法的關鍵步驟就在于將碳引入到已熔的鎂金屬中。其晶粒細化機理被認為是：通過化合物中的碳與熔體中的鋁發生反應而形成碳化鋁(Al₄C₃)的非均相成核作用。在工業過程中，是添加C₇Cl₆作為晶粒細化劑，但是由于會產生大量的有害氣體，這種方法不再被允許使用。另外，無機碳，例如石墨稀、碳和石蠟也被研究作為晶粒細化劑。然而，它們的晶粒細化作用相當有限。

在Elfinal方法中，氯化鐵在大約760℃被加到熔體中，而所述熔體在該溫度下保持30至60分鐘，從而逐漸形成Al-Mn-Fe化合物，而該化合物被認為會有晶粒細化作用。然而有報導指出，為了獲得顯著的晶粒細化效果，錳含量必須高于一定界值。這種方法的問題在于Fe和Mn的局部電池效應所引起抗腐蝕性能的劣化。

以上方法在例如下述文獻中有所描述：Lee?et?al.Metallurgical?andMaterials?Transactions，Vol.31A，2000，pages?2805-2906。

簡而言之，迄今為止還沒有一種用于改善鑄態鎂鋁合金的晶粒細化的令人滿意的手段。因此，本發明的目的在于提供一種鎂鋁型合金晶粒細化的改良方法。

發明內容

在第一方面，本發明提供了一種含有晶粒細化劑的鎂鋁合金，所述晶粒細化劑具有如下化學式：

Mg_100-x-y-zAl_xC_yR_z

其中，R是選自硅、鈣、鍶或稀土元素所構成組群的元素，x為10至60At.％，y為5至50At.％，z為0至20At.％，條件是x+y+z小于100At.％。優選地x為20至50At.％；進一步優選地y為10至35At.％；以及進一步優選地z為1至20At.％。

優選地，所述稀土元素選自鑭、鈰、釹、釤、銪或混合稀土。