[發明專利]一種高強度變形鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201410272831.4
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN105220041B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 陳榮石;閆宏;柯偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C23/04;C22C23/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發明公開了一種高強度鎂合金及其制備方法，屬于輕金屬材料技術領域。按重量百分含量計，該鎂合金成分為：Zn2.0?6.5％，RE0.1?3.0％，Ca0.1?2.0％，其余為Mg和不可避免的雜質；還可含有晶粒細化劑Mn和/或Zr。Zn是合金中主要強化元素，它通過固溶強化和時效析出強化來提高鎂合金的室溫強度；Ca用于促進析出、細化晶粒、提高合金高溫強度；少量RE用于抑制再結晶，細化變形后合金晶粒和調控織構，改善合金塑性。本發明通過采用低廉的普通合金化元素代替昂貴的稀土元素，使之產生與稀土相同的強化效果，完全取代或者降低稀土含量，在保證強度的同時降低合金成本。

技術領域

本發明涉及輕金屬材料技術領域，具體涉及一種高強度變形鎂合金及其制備方法。

背景技術

鎂合金作為一種新型輕質金屬材料，具有密度低、比強度高、抗沖擊、可循環利用等一系列優點，具有廣闊的應用前景。尤其是伴隨著航空、高鐵等交通運輸領域和航天等軍工領域的高速發展，對高強度變形鎂合金的需求日益迫切。

目前，商業用的高強度變形鎂合金僅有AZ80(Mg-8Al-0.4Zn)和ZK60(Mg-6Zn-0.5Zr)。它們經變形+時效熱處理后的抗拉強度約為300-350MPa，室溫伸長率8％。而目前應用在交通運輸領域用作結構件的鋁合金的抗拉強度普遍高于400MPa，因此要使高強度鎂合金取代部分鋁合金應用在交通運輸領域，迫切需要發展抗拉強度大于400MPa，且成本與鋁合金接近的低成本高強度變形鎂合金。

通過向AZ80和ZK60合金添加少量稀土元素(1-3％RE)，利用三元析出相提高強度，從而獲得高強度變形鎂合金。如中國發明專利(發明名稱：一種高強高韌可焊變形稀土鎂合金，申請號：200610172788.X)公開了一種Mg-(5.5wt％～6.4wt％)Zn-(0.7wt.％～1.7wt％)Ym-(0.45wt％～0.8wt％)Zr合金，該合金在擠壓態下，室溫平均抗拉強度為340MPa。CN101805865A專利中公布了一種高強變形鎂合金，其化學成分為Al：7.8～9.2％，Zn：0.2～0.8％，Mn：0.2～0.5％，0.5～2.0％的稀土，獲得的最大抗拉強度為360MPa，最大室溫伸長率為11.5％。“一種高強度高塑性變形鎂合金及其制備方法”的專利中公開了Mg-(4.5wt％～5.5wt％)Zn-(0.5wt.％～2.5wt％)Ce-(0.01wt.％～0.2wt％)Ti合金，擠壓后的室溫平均抗拉強度為360MPa，屈服強度為245MPa，斷后延伸率7％。上述合金是在ZK60或者AZ80的基礎上，加入少量稀土元素(1～3wt％)，提高合金的室溫強度、高溫強度和焊接性能。但這些合金中添加的稀土含量較少，析出強化效果不理想，其變形態合金抗拉強度均低于400MPa，不能滿足交通運輸領域對輕質材料強度的要求。

隨后，人們通過降低Zn含量并增加稀土含量，使稀土含量達到10wt％以上，發展了高稀土低鋅的Mg-RE-Zn-Zr系合金，通過擠壓或者軋制等工藝進一步提高了合金的強度，其強度可以超過400MPa，如專利CN101705404A公開的高強高韌性鎂合金及其制造方法中部分合金的強度達到400MPa；還有文獻中[T.Homma,N.Kunito,and S.Kamado,Fabrication ofextraordinary high-strength magnesium alloy by hot extrusion.ScriptaMaterialia,2009.61(6):p.644-647]提及Mg-10Gd-3Y-1Zn-0.5Zr合金，經擠壓和熱處理后抗拉強度達到450MPa，伸長率達到6％。這類高稀土低鋅的Mg-RE-Zn-Zr系合金中由于含有大量昂貴的稀土元素(合金中稀土含量大于10％)元素，導致合金成本成倍增加(鎂20元/公斤，稀土300-500元/公斤)，因而這類高強度Mg-RE-Zn-Zr合金難以在工業上得到規模化應用。