[發明專利]一種高強高模鎂合金及制備方法

在審

• 申請號: 201210306468.4
• 申請日: 2012-08-24
• 公開（公告）號: CN102839308A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 鄧運來;張新明;劉釗揚;胡繼龍;官立群;崔斌;吳懿萍;張騫;唐曄;劉建新;龔書強;翟曉玲
• 申請（專利權）人: 中南大學;北京遙感設備研究所
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種高強高模鎂合金及制備方法，該合金室溫彈性模量可達50~65GPa。屬于有色金屬材料及其加工領域。

背景技術

為達到減重增效的目的，制造業對高性能輕質材料的需求量迅速增長，鎂合金材料作為可工業化生產的最輕金屬結構材料，受到了特別的重視。近年來，航空航天及交通運輸工具的速度越來越高，所需的動力功率越來越大，對材料的耐熱性能及抗彈性變形能力提出了更高的要求。合金化是提高合金力學性能的有效手段。從上世紀四十年代以來，相繼開發了一系列具備優異性能的Mg-RE合金，如國外研發的含銀（Ag）和稀土（RE）的鎂合金QE22、EQ21，含稀土釔（Y）和釹（Nd）的鎂合金WE54、WE43等，以及國內研發的鎂合金ZM6，Mg-Gd-Y系列合金等。其中，WE54和WE43合金是目前發展最為成功的商業化耐熱稀土鎂合金，具有很高的室溫和高溫力學性能，其拉伸強度可達285MPa，耐熱溫度可達300°C，且經過熱處理后其耐蝕性能優于其他高溫鎂合金。

與國外的合金相比，Mg-Gd-Y系合金性能較穩定，室溫和高溫強度與國外合金水平相當，甚至某些合金的強度還要高于國外的合金。近10年來，國內的中南大學、上海交通大學以及中國科學院長春應用化學研究所等研究機構在國家“973”等重大項目的支持下，結合自身的優勢對Mg-Gd-Y-Zr(GWK)合金進行了深入的研究，已取得了顯著的成果。何上明等通過調整Gd、Y的含量，綜合利用固溶強化、時效強化以及形變強化等手段，開發出了Mg-Gd-Y-Zr(JDM-2)高強耐熱變形鎂合金，其屈服強度和抗拉強度分別達到436MPa和491MPa的最高強度指標。本課題組張新明等研制的Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金具有較高的室溫和高溫強度，力學性能明顯優于WE54合金，耐熱溫度更是達到了350°C。這主要是由于Gd、Y元素在鎂基體中具有較大的固溶度，經高溫固溶和時效處理后可形成大量的亞穩析出相（β″和β′），從而提高了合金的強度。

由混合定律可知，多相合金的彈性模量是由其組成相的彈性模量及其體積分數決定的。可惜的是，Mg-RE合金中MgGd(56.9GPa)、Mg₃Gd(46.1GPa)、Mg₇Gd(52.6GPa)、MgY(55.7GPa)、Mg₂₄Y₅(53.8GPa)和MgNd(55.4GPa)等相的彈性模量都比較低，使得Mg-RE合金的彈性模量也比較低，僅為40~45GPa，最終導致其抗彈性變形能力差，不能滿足工程領域對輕質高強高模耐熱鎂合金材料的需求。因此，研發高強高模鎂合金材料的需求已變得非常迫切。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種組分配比合理、加工制造容易的高強高模鎂合金及制備方法，該合金可滿足室溫條件下對要求彈性模量為50~65GPa的輕質材料和（或）零部件制造的需求。

本發明一種高強高模鎂合金，包括合金元素與鎂基體，所述合金元素占高強高模鎂合金總量的3-20%，余量為鎂；各組分重量百分之和為100%；所述合金元素包括重稀土，硅或鍺，錫、銻或鋅。

本發明一種高強高模鎂合金，其特征在于：包括下述組分按重量百分比組成：

重稀土1.0-15.0%，

硅和/或鍺1.0-8.0%，

錫、銻、鋅中的至少一種1.0-5.0%，

余量為鎂；各組分重量百分之和為100%。

本發明一種高強高模鎂合金，所述重稀土選自釓、鏑、鋱、鈥、鉺、銩、鐿、镥中的至少一種。

本發明一種高強高模鎂合金，還包含有占高強高模鎂合金總量為0-2%的活性元素X，所述活性元素X選自鋁、鈦、銀、鋯、鈣、鈧、鑭、鈰、銪、鐠、钷、釤中的任意一種；各組分重量百分之和為100%。

本發明一種高強高模鎂合金的制備方法，包括下述步驟：

第一步：按設計的高強高模鎂合金組分配比分別取各組分，其中：Mg用純鎂的方式加入，Si用純硅的方式加入，其余組分以鎂基中間合金的形式加入；

第二步：熔鑄

將純鎂錠放入鐵坩堝中在Ar氣保護氣氛下加熱至740-760°C，待純鎂錠熔化后，將純硅加入到純鎂熔體內，以300rpm的速度每5min對熔體攪拌一次，待硅塊全部溶解后，升溫至770-780°C，然后，依次加入其余組分的中間合金并攪拌，精煉扒渣，澆鑄，得到鑄錠；控制所有中間合金完全熔化及精煉扒渣至澆鑄時間小于等于4分鐘。