[發明專利]一種低成本高強耐熱鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201510427006.1
• 申請日: 2015-07-20
• 公開（公告）號: CN105039816B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 李武會;陳君;張清;李全安;李萍;李梅菊
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明屬于金屬材料及冶金技術領域，具體涉及一種低成本高強耐熱鎂合金及其制備方法。

背景技術

鎂及鎂合金作為現階段工程應用中最輕的金屬結構材料，具有低的密度、高的比強度和比剛度、優異的阻尼減震性能以及良好的散熱性，在許多領域都具有非常優異的應用潛力，特別是在航空航天、汽車摩托車和高速輕軌列車以及3C產品方面具有難以替代的應用優勢。

目前商用鎂合金分為鑄造鎂合金和變形鎂合金兩大類。MgAl系鑄造鎂合金由于具有室溫力學性能良好、流動鑄造性良好、機加工性能良好、低廉的價格和鑄造工藝簡單而應用最為廣泛，其中AZ91和AM60/50系列應用最為廣泛，但是該系列合金存在塑性較差以及高溫力學性能較差的缺陷。

為了適應市場的需要，擴大鎂合金的應用范圍和領域，科研工作者對現有的MgAl系鑄造鎂合金進行了大量研究。利用合金化提高鎂合金的室溫和高溫力學性能是主要研究方向之一，所用的合金化元素主要有稀土元素和堿土元素以及鋁、鋅、錫、硅、銻等其他元素，相繼開發了Mg-Al-Ca、Mg-Al-Si、Mg-Al-RE、Mg-Y-Nd等系列耐熱鎂合金，但上述合金由于種種原因在實際中得到的應用非常少。其中，Mg-Al-Ca系列(如AX51)合金受限于鑄造性能且易于形成熱裂紋；Mg-Al-Si系列(如AS41和AS21)合金，其組織中存在粗大漢字狀的Mg₂Si相，損害了其力學性能；Mg-Al-RE系列(如AE42)合金和Mg-Y-Nd系列(如WE43和WE54)，由于合金中添加較多的稀土元素，造成合金成本較高而限制了其廣泛應用；采用廉價元素提高鎂合金的力學性能，對于鎂合金在更廣范圍內的應用具有重要作用。

專利CN101871068B公開了一種低成本、含錫與鋁的高強度高塑性鎂合金及其制造方法，合金組分及重量百分比為3～7％Al，3～6％Sn，余量為Mg和不可避免的雜質。該合金具有高的強度和優良的塑性，不需要熱處理，可直接使用的優點。但該合金組織中，Sn在枝晶間成分偏析，析出的金屬間化合物Mg₁₇Al₁₂和Mg₂Sn晶粒粗大，且分布不均勻，容易導致合金在高溫下工作時，力學性能和抗蠕變性變差，從而影響鎂合金的使用壽命。

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本高強耐熱鎂合金，在控制合金成本的基礎上，提高鎂合金在室溫和高溫條件下的力學性能，并賦予合金在高溫下的優良抗蠕變性，擴大鎂合金的應用范圍。

本發明的第二個目的是提供上述低成本高強耐熱鎂合金制備方法。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：

一種低成本高強耐熱鎂合金，由以下重量百分比的組分組成：6.2～9.3％Al，3.5～5.5％Sn，1.0～1.8％Sb，0.2～0.9％Si，0.1～0.4％Sm，余量為Mg。

本發明提供的低成本高強耐熱鎂合金，Al是鎂合金中重要的合金元素，在鎂中有非常大的固溶度，具有明顯的強化作用，其強化作用表面在兩方面，一是通過形成Mg₁₇Al₁₂金屬間化合物的第二相強化，二是通過Al原子在鎂基體中形成固溶體的固溶強化。為避免熱穩定性較差Mg₁₇Al₁₂相的大量生成，鎂鋁系合金中Al的含量一般控制在9％以下，但是過低的Al含量會損害鎂合金的鑄造性能特別是合金的流動性，鑄造鎂合金Al的含量一般不應低于6％，本發明的鎂合金中的Al含量為6.2～9.3％。添加Sn元素可以提高鎂合金的流動性、降低鎂合金的熱裂敏感性，Sn與Mg形成的Mg₂Sn相具有強化作用，有助于提高合金的強韌性；原料組成中少量的釤可以凈化合金液，細化合金組織，改善Mg₁₇Al₁₂相的形貌和分布，提高力學性能；加入適量的銻、硅合金元素，有利于在Mg-Al或Mg-Al-Sn基體的晶界處析出耐高溫性能好的金屬間相，這些金屬間相在高溫的應力條件下，阻止晶粒滑動，從而使合金表現出優良的高溫抗蠕變性。

本發明提供的低成本高強耐熱鎂合金，合金組分為Mg-Al-Sn-Sb-Si-Sm，利用多元微合金化改善鎂合金的顯微組織，進而提高其力學性能；合理選擇合金化元素，控制各合金化元素的含量，發揮了各組分的協同強化作用，提高了鎂合金的力學性能和耐熱性能。

上述低成本高強耐熱鎂合金的制備方法，包括以下步驟：

1)將原料鎂、鋁、錫、銻在混合氣體保護下熔化，形成合金熔液A；