[發明專利]一種含稀土耐熱鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201310295995.4
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103421999A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 袁明;鄭子樵
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種耐熱鎂合金及其制備方法，具體涉及一種低成本含稀土加鋅的耐熱鎂合金及其制備方法。

背景技術

強度不足和耐熱性不佳阻礙了鎂合金在航空航天、軍工及其它行業中代替鋁合金等材料的步伐。稀土元素由于具有獨特的核外電子排布，表現出獨特的性質，在冶金過程中可凈化合金熔體、改善合金組織、提高合金室溫及高溫力學性能和增強合金耐腐蝕性。WE43合金（3.7～4.3%Y、2.4～4.4%Nd、0.4%Zr、余量Mg）在保證性能的前提下其使用溫度可達200℃，經T6處理后，室溫抗拉強度為250MPa，屈服強度為178MPa，延伸率為7.0%；200℃下的抗拉強度和延伸率為211MPa和11%。但在其鑄造過程中，熔融狀態易氧化而產生線缺陷，導致鑄造工藝更加苛刻而增加成本。上述合金其不足在于，較低的室溫力學性能限制了WE43合金的廣泛應用。WE43合金經T6處理后，基體內析出β'和粗大的β₁相，見附圖1，由于β₁相的出現導致合金的力學性能降低。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提出一種兼有強度高和塑性好的耐熱鎂合金及其制備方法，通過添加合金元素（Sm、Gd、Zn）代替WE系列合金中的Y、Nd，以及調整相應的熱處理工藝，使其實現耐熱鎂合金需要具備的優異的室溫強度、高溫強度和塑性使得此類鎂合金具有比傳統WE系列商業鎂合金優越的室溫強度、高溫強度等力學性能和較低的合金成本。

本發明所述的一種含稀土耐熱鎂合金，其組分以質量百分比計包括：

Sm2%-8%；

Gd0.5%-6%；

Zn0.1%-2%；

Zr0.1%-1.5%；

其余為Mg和不可避免的雜質元素；雜質元素總質量與合金總質量的比值≤0.02%。

本發明所述的一種含稀土耐熱鎂合金，其組分以質量百分比計包括：

Sm3%-6%；

Gd2%-5%；

Zn0.1%-2%；

Zr0.1%-1.5%；

其余為Mg和不可避免的雜質元素；雜質元素總質量與合金總質量的比值≤0.02%；雜質元素包括Fe、Cu、Ni；其中Fe的質量與合金總質量的比值≤0.005%，Cu的質量與合金總質量的比值≤0.01%，Ni的質量與合金總質量的比值≤0.001%。合金的耐蝕性能隨著雜志含量的增加而顯著降低。

本發明所述的一種含稀土耐熱鎂合金的制備方法，包括下述步驟：

步驟一配料

按設計的合金組分配比配取鎂錠、鋅錠、Mg-Sm中間合金、Mg-Gd中間合金、Mg-Zr中間合金作為原材料；

步驟二熔鑄

在保護氣體下，將鎂錠加入熔煉爐中加熱熔化，升溫至680～720℃加入鋅錠，攪拌熔化后，升溫至720～740℃，往鎂液中依次加入Mg-Sm和Mg-Gd中間合金，熔化后升溫至760～780℃保溫，加入Mg-Zr中間合金，熔化后，升溫至780～800℃，均溫后，降溫至740～760℃，進行保溫精煉，然后，靜置冷卻至700～740℃進行澆鑄，得到鎂稀土合金鑄錠坯。

本發明所述的一種含稀土耐熱鎂合金的制備方法，合金各組分的原材料在空氣爐中干燥2～4小時，所述干燥溫度為180～220℃。

本發明所述的一種含稀土耐熱鎂合金的制備方法，熔煉爐為電阻坩堝爐。

本發明所述的一種含稀土耐熱鎂合金的制備方法，當鎂液溫度達680～720℃時，加入鋅錠，攪拌熔化。

本發明所述的一種含稀土耐熱鎂合金的制備方法，鎂錠的純度≥99.99%，鋅錠的純度≥99.99%，Mg-Sm、Mg-Gd和Mg-Zr中間合金的雜質含量不高于0.1%。

本發明所述的一種含稀土耐熱鎂合金的制備方法，Mg-Zr中間合金加入后，在780～800℃均溫的時間為15～30min；精煉溫度為740～760℃，精煉時間為5～10min。

本發明所述的一種含稀土耐熱鎂合金的制備方法，靜置的時間為15～30min。

本發明所述的一種含稀土耐熱鎂合金的制備方法，步驟二中所述保護氣體為SF₆和CO₂的混合氣體；其體積比為1：90-105，保護氣體的流量為10mL/s。