[發明專利]原位自生沉淀相增強的高強高模量鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201710718985.5
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107641750B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 魯若鵬;趙宇宏;王敬豐;侯華;程鵬;丁志兵
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花

本發明原位自生沉淀相增強的高強高模量鎂合金及其制備方法，屬于復合材料技術領域；所要解決的技術問題是提供了一種原位自生沉淀相增強的高強高模量鎂合金及其制備方法；解決該技術問題采用的技術方案為：原位自生沉淀相增強的高強高模量鎂合金，所述鎂合金由下述重量百分含量的元素組成：Gd 9?12%、Zn 1.5?4%、Y 3?5%、Si 1?4%、Ti 0.7?0.9%，雜質＜0.1%，余量為Mg；本發明工藝簡單，可移植性強，容易操作，成本較低，可廣泛應用于航空航天、軌道交通和紡織工藝領域。

技術領域

本發明涉及鎂合金及其制備方法，具體涉及原位自生沉淀相增強的高強高模量鎂合金及其制備方法，屬于復合材料技術領域。

背景技術

鎂合金是目前實際應用中最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度高、阻尼減震性好等優點，在汽車、航空航天等領域有著廣泛的應用前景。近年來，航空航天及交通運輸工具的發展迅速，所需的動力功率越來越大，構件的穩定可靠性要求高，對鎂合金的剛度以及抗彈性變形能力提出了更高的要求，也就需求高強高模量鎂合金。

通常，金屬的彈性模量對組織變化不敏感，因此需要引入其他成分以形成合金元素或化合物第二相來提高基體金屬的彈性模量。針對提升鎂合金模量這一問題，通常以引入高模量第二相的方式來實現，但是常規外加增強體（如Ti粉、SiC、碳納米管等）與基體之間存在界面問題，常規鑄造難以保證鎂基復合材料中增強相的均勻性。而航空航天鎂合金部件大多因結構復雜、尺寸大而采用鑄造方法生產，因此通過引入高模量第二相的方式在工藝上也存在諸多問題。另一方面，合金化是提高合金力學性能的有效手段，目前已有通過內生單一增強相的方式實現合金模量的提升，但多集中在變形鎂合金。專利CN104046870A中，就采用在鎂合金中添加Al、Si、Zn等元素形成高模量相，來提升了鎂合金的彈性模量，獲得高強高模量變形鎂合金。提高鎂合金特別是鑄造鎂合金的彈性模量是發展鎂合金材料中需要解決的一個技術問題。

發明內容

本發明克服現有技術存在的不足，提供了一種原位自生沉淀相增強的高強高模量鎂合金及其制備方法，屬于復合材料技術領域。本發明工藝簡單，可移植性強，且容易操作，成本較低，適用于航空航天、軌道交通、紡織工藝等領域的工業化生產。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

原位自生沉淀相增強的高強高模量鎂合金，所述鎂合金由下述重量百分含量的元素組成：Gd 9-12%、Zn 1.5-4%、Y 3-5%、Si 1-4%、Ti 0.7-0.9%，雜質＜0.1%，余量為Mg。

進一步地，所述鎂合金由下述重量百分含量的元素組成：Gd 10.8%、Zn 2.8%、Y5.3%、Si 3.1%、Ti 0.8%，雜質＜0.1%，余量為Mg。

所述原位自生沉淀相為亞微米至微米級Mg₂Si、Gd₅Si₃、YSi₂強化相。

原位自生沉淀相增強的高強高模量鎂合金的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：（a）按照各元素的重量百分含量Gd 9-12%、Zn 1.5-4%、Y 3-5%、Si 1-4%、Ti 0.7-0.9%進行配料，置于真空熔煉爐中熔煉后用低碳鋼金屬模具澆注得到合金鑄錠，并在熔煉過程中通入氬氣進行保護；（b）采取雙級固溶工藝，先將合金鑄錠在460℃固溶6小時，然后在530℃固溶3小時，最后在220℃時效處理12-30小時。

上述步驟中，所述元素Gd、Y、Si分別以Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Si中間合金為原料，Zn和Ti分別以純Zn粉和純Ti粉為原料；所述Mg-Gd中間合金中Gd的質量分數為30%，Mg-Y中間合金中Y的質量分數為30%，Mg-Si中間合金中Si的質量分數為5%。

澆注前將低碳鋼金屬模具預熱到250℃，然后在模具內壁噴上速干性高溫潤滑脫模劑。