[發明專利]一種高強度高韌性鎂合金及其制備工藝

有效

• 申請號: 201310417034.6
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103498086A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 朱世杰;關紹康;王利國;王劍鋒;季川祥;任晨星;張春香
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C22C23/04
• 分類號: C22C23/04;C22C23/06;C22F1/06
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新;郭麗娜

技術領域????

本發明屬于金屬材料領域，具體涉及高強度高韌性鎂合金，同時涉及一種該鎂合金的制備工藝。

背景技術????

金屬鎂及鎂合金是迄今在工程應用中最輕的金屬結構材料，具有比重最輕，加工能量性能優良，減振性能和磁屏蔽性能，高的比強度和比剛度，易于回收利用等優點，被稱為“21世紀最具發展潛力和可持續發展的綠色工程材料”，引起國內外的高度關注。隨著現代汽車工業、航天航空、電子工業、家用電器工業的快速發展，對鎂合金的強度提出了更高的要求。鎂合金的強度低于鋁合金和鋼鐵材料，要拓寬鎂合金的應用必須進一步提高鎂合金的強度。能否和如何進一步從根本上改變超高強度鎂合金的物理、化學和機械性能，對超高強度鎂合金的研究和制備具有重要的意義。

鎂中加入Zn可顯著提高合金的屈服強度，并且其延伸率與Mg-Al系合金相近，具有良好的力學性能。但是Mg-Zn二元系合金的平衡結晶溫度間隔較大，可達290℃，故此種合金在常規凝固條件下的鑄造性能較差，容易出現枝晶粗大、區域偏析和熱裂等缺陷。Mg-Zn-RE合金系是目前開發高強鎂合金結構材料的一個熱點，已有研究表明加入少量的稀土元素可以提高鎂合金的流動性，細化晶粒，強化固溶體，在鎂合金中生成彌散分布的金屬間化合物，強化晶界，顯著提高耐熱強度。加入Y可以提高鎂合金在室溫和高溫下的力學性能，同時可改善其抗腐蝕性能。在鎂合金中添加稀土元素是提高其熱強性的有效途徑。稀土元素由于Mg-Zn-RE合金系具有異常的結構和物理性能，吸引了眾多的研究目光。例如Mg-Zn-Y、Mg-Gd-Nd-Zr、Mg-Dy-Nd-Zr，Mg-Gd-Y-Zr、Mg-Zn-Y-Re、和Mg–Cu–Zn–Y已經有了深入的研究，尤其Mg-Y-Re的研究，釔和稀土元素被認為是最有效的合金元素，Mg-Y-Re型鎂合金工作溫度在250℃以上。

Mg-Zn-Y合金系中釔的含量和鋅和釔的比而使合金的組織結構發生較大的變化，為相選擇和合金的復合強化提供了有利的條件。在凝固和熱處理條件下Mg-Zn-Y-Zr合金系統中三元相主要有I-Mg₃YZn₆、W-?Mg₃Y₂Zn₃、Z-Mg₁₂YZn、H-Zn₃MgY等，二元相主要有Mg₂₄Y₅，Mg₇Zn₃，MgZn₂，Mg₂Zn₁₁等，因此Mg-Zn-Y-Zr合金系的相選擇比較復雜，且這些相的形態與分布對Mg–Zn–Y合金的組織和性能有很大的影響。上世紀90年代，學者主要研究高Zn，Y含量的（Mg含量在70～80％左右）的Mg-Zn-Y中間合金，主要是為了得到高含量的準晶I?-Mg₃YZn₆相。D.H.Bae和Alok?Singh等人在Mg-Zn-Y合金中進一步減少Mg和Y的含量，研究了不同的低Zn含量范圍和不同的低Y含量范圍內的準晶增強Mg-Zn-Y合金，并采用熱軋工藝來改善準晶相的分布形態，提高合金的機械性能。

由于鎂為密排六方結構，滑移系少，晶粒細化對提高合金力學性能的效果比體心立方與面心立方的效果更有效，同時根據Hall-Petch關系式，因鎂合金的k值比鋁合金的k值大，因此細化晶粒可以顯著提高多晶鎂及其鎂合金的強度和延展性，是鎂合金的主要強化方式之一。同時常用鎂合金中一般存在著分布在晶界上粗大的第二相，降低了合金的塑性和強度，因此改善合金第二相的形態與分布也是提高合金性能的一種重要的方法。另一方面，合金的析出相可以阻礙滑移系的遷移，提高合金的強度，也是提高合金性能的一種方法。