[發(fā)明專利]一種含釓釔稀土元素的高強(qiáng)度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系變形鎂合金及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010433034.5
• 申請(qǐng)日: 2020-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN111455245A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘虎成;謝東升;任玉平;謝紅波;秦高梧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C23/02
• 分類號(hào): C22C23/02;C22C23/00;C22C23/06;C22C1/03;C22F1/06;C22F1/02
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陸軍

本發(fā)明公開了一種含釓釔稀土元素的高強(qiáng)度Mg?Ca?Mn?Al?Zn系變形鎂合金及其制備方法，屬于變形鎂合金材料領(lǐng)域，其組分按質(zhì)量百分比為：鈣：0.50~2.00%；鋁：0.10~2.00%；鋅：0.10~2.00%；錳：0.10~3.00%；稀土（釓或釔）：0.10~3.00%，余量為鎂和不可避免的雜質(zhì)（Si、Ni、Cu等）；本發(fā)明提及的鎂合金的制備方法為：先熔化純鎂鑄錠，充分熔化后，再加入金屬鈣、錳、鋁、鋅、稀土（釓或釔）等，充分?jǐn)嚢柚鬂茶T成鑄錠，隨后進(jìn)行鑄錠的均勻化處理，經(jīng)過反向擠壓工藝擠壓得出相應(yīng)的擠壓型材；通過熔煉、均勻化處理及后續(xù)擠壓(反向擠壓)工藝制備出了高強(qiáng)高塑性兼?zhèn)涞男滦妥冃捂V合金，其強(qiáng)度和韌性得到增強(qiáng)，有較好的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鎂合金材料領(lǐng)域，特別是涉及一種含釓釔稀土元素的高強(qiáng)度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系變形鎂合金及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球工業(yè)發(fā)展的不斷加快，環(huán)境問題和資源短缺等問題愈發(fā)受到關(guān)注，節(jié)能降耗已經(jīng)成為急需解決的問題。材料的輕量化可很大程度上節(jié)約成本并極大降低能耗，對(duì)提高能源使用率和保護(hù)環(huán)境有重要的意義。眾所周知，鎂及鎂合金是至今為止工業(yè)和工程應(yīng)用中最輕的結(jié)構(gòu)材料，鎂的密度僅有1.74g/cm³，只相當(dāng)于鋁的2/3，鋼的1/4，具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，尺寸穩(wěn)定性高，阻尼減震性能較好，機(jī)械加工性能良好以及良好的導(dǎo)熱性，并且利于回收再利用，因此在交通運(yùn)輸、電子產(chǎn)品以及航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，被稱為21世紀(jì)的“綠色工程材料”。但是，由于鎂合金本身的強(qiáng)度比鋼以及鋁合金低，并且成型性和耐蝕性差，因此在工業(yè)方面的應(yīng)用一直受到限制。提高鎂合金強(qiáng)度的方法已經(jīng)被大量研究，向鎂基體中添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪兀跓嶙冃芜^程中通過強(qiáng)烈的析出強(qiáng)化以及細(xì)晶強(qiáng)化等效應(yīng)，可顯著提高鎂合金強(qiáng)度。通過高含量重稀土元素的添加可以優(yōu)化鎂合金的力學(xué)性能，其中應(yīng)用較多的是Gd和Y，可有效凈化鎂合金的溶液，細(xì)化鎂合金的顯微組織，從而大幅提高合金的強(qiáng)度、耐熱和耐蝕等性能，其合金經(jīng)變形及時(shí)效處理后合金的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到500MPa。可是，添加過多的重稀土元素也會(huì)影響鎂合金輕質(zhì)方面的優(yōu)勢(shì)。因此，通過在Mg-Ca-Al-Zn-Mn合金的基礎(chǔ)上添加少量Gd和Y，可以開發(fā)低成本高強(qiáng)變形鎂合金。

近幾年來(lái)有很多關(guān)于變形鎂合金和Ca、Mn、Al、Zn及稀土元素（Gd或Y）在鎂合金中的作用的研究被廣泛關(guān)注。本專利通過添加合金元素鈣、錳、鋁、鋅、釓、釔等以充分利用細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和LPSO（長(zhǎng)周期堆垛有序結(jié)構(gòu)）強(qiáng)化，以期開發(fā)出新型的成本低廉、高力學(xué)性能的變形鎂合金。

北京科技大學(xué)江海濤等人申請(qǐng)了一種具有高室溫成形性能含鈣稀土鎂合金板材及制備方法（公開號(hào)為CN108300918A）。該鎂合金中Al和Zn的質(zhì)量百分比均為1-3%，且Ca的質(zhì)量百分比為0.1-0.4%，在此條件下將會(huì)生成含Al和Zn元素的第二相，從而對(duì)合金的力學(xué)性能有不利影響，而本專利中Al和Zn元素的質(zhì)量百分比涉及到了0.1-1%的微量添加，并且將Ca元素含量提升到0.5-2%，充分發(fā)揮了Ca元素提升鎂合金強(qiáng)度和塑性的能力，并且析出納米級(jí)第二相，從而綜合提升了合金的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種含釓釔稀土元素的高強(qiáng)度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系變形鎂合金及其制備方法，制備出強(qiáng)韌兼?zhèn)涞淖冃捂V合金。

一種含釓釔稀土元素的高強(qiáng)度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系變形鎂合金，其組分按質(zhì)量百分比為：鈣：0.50~2.00%；鋁：0.10~2.00%；鋅：0.30~2.00%；錳：0.10~3.00%；稀土（釓或釔）：0.20~3.00%，余量為鎂和不可避免的雜質(zhì)（Si、Ni、Cu等）。其他根據(jù)該合金成分進(jìn)行多元合金化改性的合金成分（如添加少量的Sn、Sr、Ba、Ti等），也被本專利所保護(hù)。

所述的含釓釔稀土元素的高強(qiáng)度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系變形鎂合金，抗拉強(qiáng)度為：376~436MPa，屈服強(qiáng)度為：368~422MPa，延伸率為：4~13%。