[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)高剛度鑄造鎂合金及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910600265.8
• 申請(qǐng)日: 2019-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN110241346A
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李應(yīng)舉;楊院生;羅天驕;馮小輝;黃秋燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C22C23/04
• 分類號(hào): C22C23/04;C22C23/06;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明涉及金屬材料鎂合金領(lǐng)域，具體為一種高強(qiáng)高剛度鑄造鎂合金及其制備方法。合金各組分及其重量百分比為：1.0～10.0％Zn、0.5～6.0％Si、0.01～12.0％Y、0.01～8.0％Gd、0.1～4.0％Al、0.01～1.0％Mn、0.01～1.0％Cu，雜質(zhì)元素Fe<0.005％、Ni<0.002％，其余為Mg。所述制備方法包括熔煉、熱處理。本發(fā)明通過添加稀土和硅元素，在合金內(nèi)生成一次高模量含硅第二相和二次納米析出相，依靠粗大的一次析出高模量第二相提高合金模量，進(jìn)而通過之后的熱處理工藝調(diào)控納米二次析出強(qiáng)化相保證合金的強(qiáng)韌性，使得該合金具有較高模量和室溫強(qiáng)韌性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高剛度鑄造鎂合金及其制備方法，屬于金屬材料鎂合金領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鎂合金的彈性模量通常在40GPa左右，在復(fù)雜服役環(huán)境下易受力變形引起裝備功能失效，因此研發(fā)高剛度鎂合金對(duì)于其在成立結(jié)構(gòu)件輕量化應(yīng)用具有重要意義。近年來，關(guān)于高剛度鎂合金的研究日益受到關(guān)注，研究的焦點(diǎn)在于保證鎂合金強(qiáng)韌性的同時(shí)提高其剛度。研究表明，利用高彈性模量的析出相或復(fù)合相增強(qiáng)均有利于提高鎂合金的剛度，因此研發(fā)高剛度鎂合金的關(guān)鍵在于選擇高模量且與基體相容性良好的析出相，并通過制備工藝的精細(xì)化控制以獲得析出相均勻彌散分布。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于高模量鎂合金的研究多集中于稀土鎂合金，通過在高強(qiáng)稀土鎂合金中進(jìn)一步添加Si、Y等元素，通過生成等高模量第二相顆粒提高合金剛度。國(guó)外對(duì)于鎂合金剛度的研究多集中于機(jī)理研究，如：美國(guó)匹茲堡大學(xué)通過第一性原理和Eshelby微觀力學(xué)模型計(jì)算LPSO相對(duì)于鎂合金彈性模量的影響。國(guó)內(nèi)學(xué)者多致力于開發(fā)高強(qiáng)高剛度鎂合金，目前已經(jīng)取得一定的研究結(jié)果。上海交大利用高彈性模量的析出相Al₃Li，研制的Mg-4Nd-0.6Zn-3Li-4Al合金彈性模量達(dá)到60GPa。但目前高模量鎂合金在提升模量的同時(shí)，仍普遍存在伸長(zhǎng)率偏低、強(qiáng)度不高的狀況。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有鎂合金剛度和強(qiáng)度低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)高剛度鑄造鎂合金及其制備方法，利用雙組態(tài)高模量-納米相強(qiáng)化高強(qiáng)高剛度鎂合金設(shè)計(jì)新方法，通過在合金析出的微米級(jí)一次高模量第二相提高合金模量，并調(diào)控納米級(jí)二次析出強(qiáng)化相保證合金的強(qiáng)度和韌性，從而達(dá)到高剛度和高強(qiáng)韌性的協(xié)同控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高強(qiáng)高剛度鑄造鎂合金，合金各組分及其重量百分比為：1.0～10.0％Zn、0.5～6.0％Si、0.01～12.0％Y、0.01～8.0％Gd、0.1～4.0％Al、0.01～1.0％Mn、0.01～1.0％Cu，雜質(zhì)元素Fe<0.005％、Ni<0.002％，其余為Mg。

所述的高強(qiáng)高剛度鑄造鎂合金，合金各組分及其重量百分比優(yōu)選為：5.0～8.0％Zn、1.0～5.0％Si、3.0～9.0％Y、1.0～5.0％Gd、0.5～1.5％Al、0.01～0.5％Mn、0.3～0.8％Cu，雜質(zhì)元素Fe<0.005％、Ni<0.002％，其余為Mg。

所述的高強(qiáng)高剛度鑄造鎂合金的制備方法，包括熔煉、熱處理，其中：合金熔煉時(shí)，Y、Gd、Mn以Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Mn中間合金的形式加入，Zn、Si、Al、Cu以純Zn、純Si、純Al和純Cu的方式來加入；合金的熱處理方式為：固溶和時(shí)效。

所述的高強(qiáng)高剛度鑄造鎂合金的制備方法，合金的熔煉工藝如下：熔煉過程在CO₂、SF₆混合氣體保護(hù)下進(jìn)行，將烘烤過的工業(yè)純鎂熔化后，在750～780℃加入純Si，待硅完全熔化后，降溫至720～750℃，分別加入純Zn、純Al、Mg-Mn中間合金、純Cu、Mg-Y中間合金、Mg-Gd中間合金，待合金元素完全溶解后，采用常規(guī)的鎂合金精煉劑進(jìn)行精煉，保溫除渣后進(jìn)行鑄造。

所述的高強(qiáng)高剛度鑄造鎂合金的制備方法，鑄造方法采用壓力鑄造、金屬型鑄造或者砂型鑄造。