[發明專利]耐熱鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201710901834.3
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN108220727B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 吳安如;覃波;陳娟
• 申請（專利權）人: 湖南工程學院
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 張超宇;馮子玲

本發明提供了一種耐熱鎂合金，成分為：鋅Zn0.5?1.0Wt.％，鋯Zr0.3?0.6Wt.％，稀土釹Nd1.0?1.3Wt.％，稀土釔Y2.2?2.5Wt.％，金屬鈷Co0.2Wt.％，金屬鉬Mo0.2Wt.％，金屬釩V0.5Wt.％，堿土鈣Ca2.0Wt.％，堿土鍶Sr0.2Wt.％，余量的Mg和不可避免的雜質和/或改性元素。與現有的稀土鎂合金相比，加入的堿土元素與稀土元素有協同作用，堿土金屬能彌補稀土化合物對晶界強化的不足，Ca與Mg生成的Mg?Ca化合物在晶界上分布可以部分代替鎂與稀土形成的Mg₂₄Y₅、Mg₄₁Nd₅，可使稀土元素用量明顯減少，且制備的鎂合金的力學性能較現有技術得到提升。

技術領域

本發明涉及新材料制備領域，尤其涉及耐熱鎂合金的制備，具體是指含稀土、堿土元素的耐熱鑄造鎂合金及其制備方法。

背景技術

鎂合金是以鎂為基礎加入其他元素組成的合金。鎂合金作為一種商用的金屬工程結構材料，其特點是：密度小(1.8g/cm³左右)，比強度與比剛度高，比彈性模量大，散熱好，阻尼減振降噪能力強，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機物和堿的腐蝕性能好，電磁屏蔽性能優異和易于回收利用，被譽為21世紀“綠色結構材料”。鎂合金主要添加合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。目前使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。主要用于航空、航天、運輸、化工、火箭等工業部門。鎂的比重大約是鋁的2/3，是鐵的1/4，它是實用金屬中最輕的金屬，高強度、高剛性。從全球鎂合金的研究方向看，存在3個研究趨勢：(1)以追求輕量化(高比強度)的室溫用鎂合金為研究目標，從Mg-Al-Mn合金發展到Mg-Li系列合金；(2)追求高模量和高強度的顆粒或短纖維增強鎂基復合材料的研究；(3)追求高溫性能的耐熱鎂合金，從Mg-RE合金到Mg-Sc系列合金的開發。其中，由于輕量化在交通運輸和節能減排方面的關鍵作用，耐熱鎂合金輕質材料近年來在汽車領域得到了廣泛用途，采用鎂合金制造汽車零部件，可顯著減輕汽車整車重量，而汽車所用燃料的60％消耗于汽車自重，車重每減輕10％，可節約燃料5.5％，因此，國外近年來鎂合金在汽車制造中的應用逐步增長。雖然中國是鎂材料大國，但我國在這方面的開發剛剛起步，在開發高性能耐熱鎂合金上仍很欠缺，鎂合金耐熱性差是限制其應用的主要問題之一，提高耐熱性可以擴大應用范圍。

目前，中國興起了一股鎂合金的研究、生產和應用的開發熱潮。國內一些鎂合金生產廠家強烈要求開發鎂合金型材的成型加工技術，國家科技部也加快開發這方面的高新技術，并列為國家“十五”攻關項目。國內外耐熱鎂合金的應用對象，主要是轎車/微型車的發動機及其傳動機構零部件，如變速箱殼體，汽缸體，汽缸蓋，進/排氣管等。因此，它們的使用性能要求滿足：工作溫度高于120℃；應力范圍35MPa～70MPa；室溫延伸率3％；耐腐蝕和加工性能良好；并且易回收。鎂合金的高溫變形特點是晶內位錯運動與晶界滑移相結合。因此，耐熱鎂合金的設計思路遵循強化基體與晶界、限制基體位錯運動及阻止晶界高溫滑動的原則。綜合運用基體的固溶強化、時效強化和彌散強化，同時，彌散小顆粒對晶界的釘扎作用，促使鎂合金形成復合強化機制，是研究和開發耐熱鎂合金的途徑。

表1為幾種典型的耐熱鎂合金力學性能的比較，由表1可知，WE54和WE43合金都是目前應用比較廣泛的Mg-RE-Zr耐熱鎂合金，在室溫及高溫具有良好的抗拉性能、抗蠕變性能和抗疲勞性能，能應用于航空、航天及高性能賽車等領域。AZ91雖然成本較低，但力學性能達不到要求，其他三種合金室溫性能完全滿足要求，但蠕變性能偏低。按照傳統耐熱鎂合金成分設計原則，提高合金的常溫和高溫性能就需增加價格昂貴的稀土元素，如WE54中含Y(5％左右)、Nd(3.3％左右)，強化機理是：在固溶——時效處理后，形成彌散分布的第二相質點阻礙位錯運動提高合金的常溫力學性能；利用Mg與稀土形成高熔點的化合物來釘扎晶界滑移從而提高合金的高溫抗拉性能。

表1幾種典型的耐熱鎂合金力學性能的比較