[發明專利]一種高性能鎂合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201810963910.8
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN109266931A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 盧雅琳;宋雷鵬;張揚;李興成;徐文婷;陳曉陽;叢孟啟
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 王巍巍

本發明提供一種高性能鎂合金及其制備方法，該合金具體成本及其重量百分比為：1wt％Al，0.3wt％Ca，0.3wt％Mn，0～0.6wt％Zn，余量為Mg，其制備方法是按各元素合金重量比例配好，經真空熔煉、澆模、均勻化處理、塑性變形而得到，通過向鎂?鋁?鈣?錳合金中加入一定質量的鋅元素，可以細化合金組織，形成具有高溫穩定性的強化相，起到合金強化作用，達到了提高材料性能的目的。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，設計一種鎂合金及其制備方法，尤其涉及一種高性能鎂-鋁-鈣-錳-鋅合金及其制備方法。

背景技術

鎂(Mg)合金具有密度低、來源廣泛、比強度和比剛度高等優點，極具開發和應用潛力，被譽為“21世紀綠色工程材料”。細晶強化是提高鎂合金綜合性能的重要手段，主要是因為細化晶粒可以增加或改善晶界性質，利用晶界對位錯的阻礙作用來提高其強度，根據Hall-Petch公式，合金的塑性與晶粒尺寸呈反比，當晶粒尺寸降低時，合金的塑性增加。此外，晶粒細化還能提高材料的變形能力，利于后續的材料加工和產品的開發。因此，通過細化晶粒的方法來改善鎂合金性能在鎂合金開發領域占有非常重要的地位。常見的細化晶粒的方法有合金化和大塑性變形等。目前，合金化較常用的元素有：Al、Ca、Mn、Zn、Zr、RE等。

鋁(Al)、鈣(Ca)是鎂合金中常用的合金元素，合金化元素Al、Ca成本較低，且能夠顯著細化合金晶粒，抑制或完全取代低熔點β-Mg₁₇Al₁₂相，形成Mg₂Ca、Al₂Ca等強化相后，具有一定的強化效果。

錳(Mn)在鎂合金中的固溶度較小，且不與鎂合金形成化合物，雖然強化效果不明顯，但Mn的加入可以細化晶粒。對于含Mn<1％的Mg-Al-Mn系鎂合金，其室溫鑄態組織一般為α–Mg+β–Mg₁₇Al₁₂+MnAl相。隨著Mn含量的增加，組織中將出現脆性的δ—Mn相，它降低合金韌性。

鋅(Zn)也是鎂合金中常見的合金化元素，具有6.2wt％的最大固溶度。Zn與Mg具有相同的晶體結構，且原子半徑相差較大，Zn固溶于Mg基體時可以造成較大畸變，同時Zn可以與Mg形成Mg-Zn相，對合金起強化作用。但Zn含量過高易導致合金結晶溫度區間擴大，合金液流動性差，容易形成鑄造缺陷，同時導致合金晶粒粗大。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明的目的在于提供一種高性能鎂-鋁-鈣-錳-鋅合金及其制備方法。通過向鎂-鋁-鈣-錳合金中加入一定質量的鋅元素，在合金凝固組織中引入具有高熱穩定性的強化相，同時促進凝固組織細化，而且通過之后相應的均勻化處理工藝，使得該合金擁有較低的密度和優良的力學性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下方案：

本發明提供一種高性能鎂合金，該合金由以下重量百分比的原料組成：1wt％Al，0.3wt％Ca，0.3wt％Mn，0～0.6wt％Zn，余量為Mg。

優選的本發明所述合金由以下重量百分比的原料組成：1wt％Al，0.3wt％Ca，0.3wt％Mn，0.2wt％Zn，其余Mg。

優選的本發明所述合金由以下重量百分比的原料組成：1wt％Al，0.3wt％Ca，0.3wt％Mn，0.4wt％Zn，其余Mg。

優選的本發明所述合金由以下重量百分比的原料組成：1wt％Al，0.3wt％Ca，0.3wt％Mn，0.6wt％Zn，其余Mg。

優選的本發明所述Al為鋁錠、Mg為鎂錠、Zn為鋅錠，純度均在99.99％以上；所述Ca來自Mg-Ca中間合金，Mn來自Mg-Mn中間合金。

優選的本發明所述Mg-Ca中間合金為Mg-20Ca，其中鈣元素的重量占總重量的20％。