[發明專利]一種含鈣與稀土的高耐熱鎂鋁合金

在審

• 申請號: 201410152544.X
• 申請日: 2014-04-16
• 公開（公告）號: CN103966494A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 房大慶;魏佩宏
• 申請（專利權）人: 太原華銀泰合金有限公司
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C23/00;C22C1/03;C22C1/10
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 鄭晉周

技術領域

本發明屬于鎂金屬材料技術領域，具體涉及一種含鈣與稀土的高耐熱鎂鋁合金。

背景技術

鎂及鎂合金被譽為“21世紀的綠色工程材料”。鎂及鎂合金是目前最輕的金屬結構材料，具有低密度、比強度和比剛度高、阻尼減震性好、導熱性好、電磁屏蔽能力強、機加工性能優良、零件尺寸穩定、易回收等優點，廣泛應用于交通工具、3C電子產品及航空航天等領域。

我國是鎂的資源大國、生產大國和出口大國，但在該領域的發展極不平衡，出口的都是原鎂，深加工產品極少，鎂的應用面窄、應用量也不大，且主要是鑄件，變形鎂合金產品級基本上還是空白。同時由于材料制備、加工技術、抗腐蝕性能以及價格等因素的制約，鎂合金尤其是變形鎂合金的應用量仍遠遠落后于鋼鐵和鋁合金。沒有任何材料像鎂一樣，其發展潛力和實際應用現狀存在巨大的差異，主要原因之一是過去鎂的應用沒有巨大的市場。近年來，能源日趨緊張和環保要求的不斷提高，要求物質輕量化，從而激發了人們對鎂的極大興趣。對鎂的需求迅速增加，極大的刺激了鎂工業的發展，人們也認識到應該強化鎂在民用領域、汽車、自行車中的應用，普及輕量化在社會發展中帶來的益處是巨大的，無限的。

但是由于鎂及鎂合金的高溫性能比較差，這極大的限制了其材料的應用前景。如傳統鑄造鎂合金主要以Mg-Al系為主，如AZ91，其室溫抗拉強度140-190MPa，延伸率2%-4%；150℃時抗拉強度80-95MPa，延伸率4%-6%；長期使用溫度不能超過120℃，這對于Mg-Al系合金的應用是十分不利的。

導致鎂合金研究和應用發展緩慢的主要原因是未能很好地解決鎂合金的加工成形問題和耐熱問題。這也限制了該鎂合金的應用，例如要求較高溫度、必須防止油的滲漏且具有優良高溫蠕變性能的發動機引擎蓋等，都要求鎂合金的高溫性能和抗蠕變性好。因此，開發一種低成本、具有良好耐熱性的鎂合金十分必要。

發明內容

本發明為了改進目前廣泛應用的Mg-Al基合金強度低和耐熱性差缺點，提供了一種含鈣與稀土的高耐熱鎂鋁合金。在Mg-Al基礎上添加鈣、鈰、鑭、鐠、釹、釓等元素得到一種高耐熱鎂鋁合金。

本發明由如下技術方案實現的：一種含鈣與稀土的高耐熱鎂鋁合金，由鋁、鈣、鈰、鑭、鐠、釹、釓和鎂組成，其組成成分質量百分比為：Al：3%-10%，Ca：0.8%-2.5%，Ce：0.1%-0.5%，La：0.1%-0.5%，Pr：0.1%-0.5%，Nd：0.1%-0.5%，Gd：0.5%-3.0%，雜質元素Fe≤0.004%，Cu≤0.002%，Si≤0.02%，Ni≤0.001%，余量為鎂。

所述鈣元素是通過鎂－鈣中間合金形式加入；所述鑭、鈰元素通過鎂- 富鈰中間合金的形式加入，鎂- 富鈰中間合金中富鈰包括鈰、鑭兩種元素；所述鐠、釹、釓元素是通過鎂-鐠中間合金、鎂-釹中間合金、鎂-釓中間合金形式加入。

鈣與稀土元素通過細晶強化、Al-Ca相和Al-RE相的沉淀強化共同作用提高合金的強度、韌性和耐熱性，高溫熱穩定Al-Ca相和Al-RE相極大的提高了鎂合金的耐熱性。

本發明所述的含鈣與稀土的高耐熱鎂鋁合金的制備方法，步驟和條件如下：（1）按各原料的重量百分比稱量材料；（2）將坩堝放入電阻爐預熱到580℃保溫0.5h，將99.99%的純Mg放入爐中，加熱到750℃待純Mg完全熔化后保溫0.5h；（3）在加熱溫度為750℃時，依次加入鎂-鈣中間合金和鎂-稀土中間合金，將上述合金保溫10min后攪拌均勻，然后再保溫30min后對合金熔體進行除氣、精煉，澆鑄至預熱200℃金屬型模具中，得到高耐熱鎂鋁合金。在整個熔煉過程中通入SF₆和CO₂的混合氣體保護。

所述SF₆和CO₂是以任意比例混合后加入的。在原有的Mg-Al合金中加入鈣與稀土，與原來Mg-Al系合金相比，這種合金可以很好的細化晶粒，另外由于Al-Ca相和Al-RE相形成能夠提高合金的強度；更重要的是加入鈣與少量稀土后，與原來Mg-Al系合金相比，由于Mg₁₇Al₁₂相極大的減少，高溫熱穩定Al-Ca相和Al-RE相反而很大提高，極大的提高了這種合金的耐熱性。

本發明的特點和有益效果：