[發(fā)明專利]一種低成本高強(qiáng)韌微稀土變形鎂合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811375882.4
• 申請(qǐng)日: 2018-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN109266929B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙維民;孟帥舉;董立山;聞晶晶;李其智;劉浩;余暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C23/00
• 分類號(hào): C22C23/00;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發(fā)明為一種低成本高強(qiáng)韌微稀土變形鎂合金及其制備方法。該合金為Mg?Bi?Sn?Zn?Ca?Nd鎂合金，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：Bi 2.0～4.5wt％，Sn 2.0～4.5wt％，Ca 0.3～0.8wt％，Nd 0.04～0.1wt％，Bi元素和Sn元素質(zhì)量比為0.8?1.5:1，且二者含量之和與Ca元素的質(zhì)量比為8?15:1，其余為鎂及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明在大氣氛圍下可以直接澆鑄，并可在100?150℃范圍內(nèi)低溫軋制，該合金屈服強(qiáng)度363MPa以上，抗拉強(qiáng)度460MPa以上，延伸率12％以上，并表現(xiàn)出較好的阻燃效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料和金屬材料加工領(lǐng)域，特別涉及一種低成本高強(qiáng)韌微稀土變形鎂合金及其制備方法；該新型鎂合金可作為潛在的耐熱鎂合金材料。

背景技術(shù)

鎂及鎂合金具有資源豐富、輕質(zhì)節(jié)能、環(huán)境友好的三大優(yōu)勢(shì)。鎂密度約為1.74g/cm³，與其他金屬結(jié)構(gòu)材料相比，鎂合金是最輕的商用金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比強(qiáng)度比剛度高，減震性、電磁屏蔽和抗輻射能力強(qiáng)，易切削加工，可回收等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子、電器、交通、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為本世紀(jì)的綠色工程材料。

但是，絕對(duì)強(qiáng)度較低，耐蝕性差，室溫塑性差等因素大大限制了鎂及其合金作為新型綠色材料的應(yīng)用。目前大量使用的商用鎂合金經(jīng)變形后的強(qiáng)度也一般不超過350MPa，且變形加工能力有限，難以滿足工程領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芙Y(jié)構(gòu)材料的加工和使用要求。

近年來有大量研究工作通過包括添加大量稀土元素，采用大塑形變形等加工方法來制備高強(qiáng)鎂合金。逐漸有一些高強(qiáng)鎂合金被陸續(xù)開發(fā)出來，專利1(專利公開號(hào)：CN103290292A)公開了一種高強(qiáng)鎂合金，其屈服強(qiáng)度可以達(dá)到350～380MPa，抗拉強(qiáng)度為410～450MPa，延伸率在6％以上，各組分質(zhì)量百分含量為Cd：1.0～15wt％,Bi：2.0～10.0wt％,Zn：5.0～13wt％,Y：7.0～15.0wt％,Zr：0.4～1.0wt％,Nb：0.1～5.0wt％，雜質(zhì)元素Si、Fe、Cu、和Ni的總量小于0.02wt％，因合金元素種類較多且稀土含量高，不可避免增加合金成本，同時(shí)為保證混合均勻，需額外采用電磁攪拌連續(xù)鑄造的方法制備合金錠坯料，變形后對(duì)合金進(jìn)行熱處理進(jìn)一步提高了合金成本。專利2(專利公開號(hào)：CN104328320A)公開了一種高強(qiáng)度高塑性鎂合金，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到400MPa以上，屈服強(qiáng)度300MPa以上，延伸率8％左右，各組分質(zhì)量百分含量為Ni：3.0～4.5wt％,Y：4.0-5.0％,Zr：0.01-0.1％，不可避免雜質(zhì)元素≤0.15％，其余為鎂。該合金具有較高的抗拉強(qiáng)度，但塑性中等，同時(shí)合金中含有大量的Y元素和Ni元素，極大提高了合金成本，難以大批量應(yīng)用。專利3(專利公開號(hào)：CN105132772A)公開了一種低成本非稀土型高強(qiáng)鎂合金及其制備方法，該合金為Mg-Bi-Ca-Mn鎂合金，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：Bi：2～10.0wt％，Ca：0.1～1.5wt％，Mn：0.1～1.0wt％，其余為鎂。其抗拉強(qiáng)度395-412.4MPa，屈服強(qiáng)度383-402.8MPa，延伸率6％左右，該發(fā)明合金具有較高的屈服強(qiáng)度，但合金塑性偏低，在應(yīng)用方面有很大的局限性。

為更好地滿足消費(fèi)電子、汽車等行業(yè)對(duì)高強(qiáng)鎂合金低成本、易加工、高性能的要求，迫切需要開發(fā)出能夠運(yùn)用簡(jiǎn)單可連續(xù)的生產(chǎn)加工過程制備不含稀土或含有微量稀土的低成本高強(qiáng)韌鎂合金材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為針對(duì)現(xiàn)有高強(qiáng)鎂合金存在的大量使用多種稀土元素或高價(jià)合金元素導(dǎo)致成本過高，或是為了提高強(qiáng)度而采用特殊變形加工工藝以至難以實(shí)現(xiàn)大批量商業(yè)化生產(chǎn)等問題，提供一種低成本高強(qiáng)韌變形鎂合金及其制備方法。該合金為一種新型的Mg-Bi-Sn-Ca-Nd鎂合金，通過調(diào)配Bi元素和Sn元素含量，Bi元素和Sn元素質(zhì)量比為0.8-1.5:1，且二者含量之和與Ca元素的含量比例為8～15:1。在澆鑄和熱處理過程中，本發(fā)明在大氣氛圍下可以直接澆鑄，并可在100-150℃范圍內(nèi)低溫軋制，該合金屈服強(qiáng)度363MPa以上，抗拉強(qiáng)度460MPa以上，延伸率12％以上，并表現(xiàn)出較好的阻燃效果。