[發(fā)明專利]一種具有高室溫成形性能含鈣稀土鎂合金板材及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710020396.X
• 申請(qǐng)日: 2017-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN108300918B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江海濤;康強(qiáng);張韻;劉鵬;董鵬;徐哲;柳超敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué);波音（中國(guó)）投資有限公司
• 主分類號(hào): C22C23/02
• 分類號(hào): C22C23/02;C22C23/04;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發(fā)明公開了一種具有高室溫成形性能的含鈣稀土鎂合金板材及其制備方法。具體化學(xué)成分為：1?3 wt%Zn，1?3 wt%Al，0.1?0.4 wt%Ca，0.1?0.4 wt%Gd，0.1?0.4 wt%Y，0?0.2wt%Mn，余量為Mg。在此成分范圍內(nèi)的鎂合金經(jīng)過鑄造（半連續(xù)水冷或固模鑄造）及固溶處理（300?450℃，保溫12?24h后空冷至室溫），然后經(jīng)過普通軋制或先擠壓再軋制或先等溫鍛造再軋制等工藝制成一定厚度的板材，最后于300?350℃退火30?60min。用該制備方法制得的鎂合金板材具有較高的室溫成形性、良好的綜合力學(xué)性能以及耐熱、耐腐蝕性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有高室溫成形性能含鈣稀土鎂合金板材及其制備方法。

背景技術(shù)

鎂合金具有比強(qiáng)度高、比剛度高、減震性能好、電磁屏蔽性能優(yōu)異和易回收等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，其在航空航天、汽車和電子工業(yè)等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景，擁有“21世紀(jì)的綠色工程材料”的美譽(yù)。

然而，由于鎂合金具有密排六方結(jié)構(gòu)，滑移系少，導(dǎo)致鎂合金板材的室溫成形性不佳，使其應(yīng)用受到了一定的阻礙。板材成形性主要通過杯突值(IE值)來(lái)衡量。金屬板材杯突試驗(yàn)，融合拉伸和脹形的工藝特點(diǎn)，是測(cè)定板材成形性能的重要試驗(yàn)方法之一，已成為一種測(cè)定材料成形性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。金屬板的IE值越高，其成形性越好。

目前，改善鎂合金的成形性主要有兩種方式：一種方式是改進(jìn)制備、加工方法；另一種方式是優(yōu)化合金組分。

一些先進(jìn)的鎂合金制備、加工方法，如：等徑角擠壓(ECAP)、交叉軋制(CR)、累積軋制(ARB)、異步軋制(DSR)等雖然在一定程度上都改善了鎂合金的基面織構(gòu)，提高了鎂合金的成形性能，但是其相比普通軋制方法生產(chǎn)效率低，因此沒有得到廣泛應(yīng)用。相比而言，通過優(yōu)化合金組分，添加能夠改善、弱化鎂合金基面織構(gòu)的堿土和稀土元素，結(jié)合普通軋制的制備方法，是改善鎂合金室溫成形性的一種經(jīng)濟(jì)、有效的途徑。

此外，由于鎂是一種非常活潑的金屬，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.37V，在所有結(jié)構(gòu)金屬中最低，對(duì)其他結(jié)構(gòu)金屬呈陽(yáng)極，極易與第二相或雜質(zhì)元素引起電偶腐蝕。鎂合金表面自然形成的氧化膜疏松多孔，對(duì)基體的保護(hù)能力較差，不適用于大多數(shù)的腐蝕環(huán)境，較差的耐蝕性嚴(yán)重制約了鎂合金發(fā)揮其應(yīng)用潛力。目前，提高鎂合金耐蝕性能的主要途徑有：提高鎂合金的純度；添加合適的合金元素；制備保護(hù)性的表面膜或涂層。研究表明，稀土元素的加入能有效提高鎂合金的耐腐蝕性。

同時(shí)，由于鎂與氧之間具有很高的親和力，生成的氧化鎂結(jié)構(gòu)疏松，不能阻止內(nèi)部的金屬繼續(xù)氧化，而且氧化鎂具有很大的生成熱以及導(dǎo)熱性差等原因?qū)е骆V合金型材在加工過程中極易氧化燃燒。稀土作為一種有效的合金元素，由于其與氧的親和力大于鎂與氧的親和力，因此被廣泛的用于對(duì)鎂合金阻燃的研究中。而稀土元素和堿土金屬元素的復(fù)合添加對(duì)提高鎂合金燃點(diǎn)具有更加明顯的效果。

綜上，通過優(yōu)化合金組分，復(fù)合添加堿土及稀土金屬等元素，進(jìn)一步結(jié)合優(yōu)化的擠壓、軋制、等溫鍛造等加工工藝。不僅能夠綜合提高鎂合金板材的力學(xué)性能、室溫成形性、耐熱、耐腐蝕等性能，而且相比等徑角擠壓、異步軋制等制備工藝具有更低的成本。

上海寶鋼國(guó)際梁高飛等人報(bào)道了一種低成本、細(xì)晶粒、基面織構(gòu)弱的鎂合金板材及其制備工藝(公開號(hào)為US 2016/0024629 A1)。該鎂合金的成分及質(zhì)量百分比為0.4-1.0％的Zn，0.5-1.0％的Ca，0.5-1.0％的Zr，余量為Mg。其平均晶粒尺寸小于或等于10μm，織構(gòu)強(qiáng)度小于或等于5。盡管Zr元素可以細(xì)化晶粒，但其在弱化織構(gòu)方面遠(yuǎn)不如鈣和稀土金屬元素，本專利鎂合金合金通過微量添加鈣和稀土元素，經(jīng)XRD測(cè)試織構(gòu)強(qiáng)度僅為2.3-3.0，且成本也得到控制。