[發明專利]一種原位生成Al8

在審

• 申請號: 202010579315.1
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111690859A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 于文波;馬超勝;黃振鶯;李翠偉;李世波;周洋
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 楊帥峰

本發明基于異質形核及變質處理機理，通過調控鈣和釓的含量，以通過首先生成的Al₈Mn₄Gd相來控制Al₂Ca相形核長大過程，成功開發出既適用于鑄造也適合于變形工況的新型耐熱高強Mg?Al?Ca鎂合金。本發明的技術方案：將鎂錠和所需加入的鋁一起熔化，釓元素的加入要先于錳元素，加入鎂釓中間合金引入釓，攪拌之后再加入鋁?錳或鎂?錳中間合金引入錳，進行除鐵和硅雜質，再加入所需添加元素鈣或鎂鈣中間合金引入鈣，精煉處理，待靜止保溫后將將熔體直接澆注成鑄錠；或先澆注成鑄錠，然后經擠壓和軋制成薄板。

技術領域

本發明涉及一種原位生成Al₈Mn₄Gd相的Mg-Al-Ca鎂合金改性設計及其制備方法

背景技術

鎂合金是世界上最輕的金屬結構材料，在汽車工業輕量化、低排放的競 爭領域中有著重要的應用價值和廣泛的發展前景【Joost W J,Scripta Materialia, 2017,128:107-112.】。然而，鎂合金的絕對強度較低，尤其是高溫性能較差， 限制其在發動機和傳動機構零部件方面的應用，然而這一類零部件對于汽車 整車減重來說起著舉足輕重的作用^[4]。因此，高性能耐熱鎂合金的開發及對 其蠕變斷裂機理方面的研究具有極強的應用前景和迫切需求【文麗華,輕合金 加工技術,2016,44(9):7-11】。

通過合金化開發新型耐熱鎂合金是重要的發展方向。Mg-Al系鎂合金具有良好的鑄造性能且價格低廉。通過添加稀土元素開發的鎂合金，如Mg-Al- RE等AE系鎂合金，其蠕變強度高且綜合性能良好，可用于汽車動力系統部件^[8]。然而，AE系鎂合金僅適合采用冷卻速度較快的壓鑄法生產，這是因為較慢的冷卻速度會導致粗大的Al₂RE化合物形成，從而降低鎂合金的力學性能【Zhang J,Zhang M,Materials Science and Engineering A 2010,527:2527- 2537】。另一方面，由于稀土金屬比較昂貴，AE系鎂合金在汽車行業及動力系統領域的應用受到很大限制【Pan F,Journal of Materials Science and Technology,2016,32(12):1211-1221】。由此，人們尋找其他的元素通過添加堿土元素(Ca、Sr、Ba)來開發新型的耐熱鎂合金，來降低成本。其中，Ca 由于價格低廉，熔點較低，密度與Mg接近(約為1.55g/cm³)，作為鎂合金添加元素越來越受到人們的關注【Amberger D,Acta Materialia,2012,60(5): 2277-2289】。在常規鎂合金中添加Ca元素不僅可以提高鎂合金的氧化燃燒溫度，而且可以細化鑄造組織，提高鎂合金的常溫力學性能以及高溫抗蠕變性能。Elamami等研究了Ca/Al變化對Mg-Al-Ca合金中相的選擇及性能的影響，結果表明，Mg-Al-Ca合金中當Ca/Al在0.6～0.9之間時，(Mg/Al)₂Ca相主要以C36及C14為主，而C15較少，在高溫蠕變過程中對晶界滑移具有十分有效的阻礙作用,從而可顯著提高鎂合金的耐熱性能；另一方面，(Mg/Al)₂Ca呈現粗大網狀或板片狀，嚴重降低強度及韌性，相比于含稀土耐熱鎂合金，性能存在較大不足【Elamami H A,Journal of Alloys and Compounds,2018,764:216-225】。