[發明專利]具有優越高溫性能和模鑄性的鎂合金

無效

• 申請號: 98103302.4
• 申請日: 1998-05-21
• 公開（公告）號: CN1088762C
• 公開（公告）日: 2002-08-07
• 發明（設計）人: A·A·呂諾;T·希魯達
• 申請（專利權）人: 愛信高岡株式會社
• 主分類號: C22C23/04
• 分類號: C22C23/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 鐘守期

本發明涉及鎂基合金。本發明特別涉及具有優越高溫力學性能的鎂合金。本發明合金具有極好的鑄造性，特別適用于模鑄用途。

鎂的比重低，約為鋁的2/3，鋼的1/4，使它特別適于減輕重量很關鍵的運輸用途。鎂在輕金屬中也是驚人的強；事實上，鎂在所有通常可獲得的鑄造金屬當中具有最好的強度對重量之比。另外，鎂可提供許多其它優點，例如好的阻尼能力、優越的鑄造性、極好的加工性和好的耐蝕性。由于減輕車輛重量的要求日益增加，近年來汽車中鎂合金零件的使用快速增長。

鎂合金零件可由包括模鑄、砂鑄、石膏型鑄造，耐用鑄模鑄造和熔模鑄造的普通鑄造法生產。

為了用于例如包括模鑄汽車零件的特殊用途發展了各種合金。在這些合金中，鎂-鋁基合金，如AM50A和AM60B合金(“AM”表示添加鋁和錳)含有約5-6wt％的鋁和痕量的錳；和鎂-鋁-鋅基合金，如AZ91D(“AZ”表示添加鋁和鋅)含有約9wt％的鋁和約1wt％的鋅，都被經濟地定價并廣泛用于制造汽車零件。這些合金的一個缺點是高溫強度低和抗蠕變性差。這使上述鎂合金不適合用于汽車動力系統，由于在此系統部件，如變速箱在操作期間將遭受直到150℃的溫度。這些部件差的蠕變強度可導致在螺栓接合處的緊固力的降低，接著導致動力系統漏油。

可提供改進抗蠕變性的另一種鎂合金表示為AE42(“AE”表示添加鋁和稀土金屬)。這種合金含有約4wt％的鋁和約2wt％的稀土元素。但是，由于使用稀土元素，這種合金模鑄困難，且大量生產汽車部件不經濟。

具有良好高溫性能的其它鎂合金幾年來已經發展。這些合金可分成二組。第一組合金含有稀有和貴重元素，如銀、釔、稀土和鋯，它們主要發展重力砂鑄并用于航天和核反應堆。第二組由美國專利No.4997662、5078962和5147603公開的許多實驗合金組成。這些合金發展快速凝固工藝，如熔體離心鑄造或噴霧沉積，在這工藝中可達到非常高的凝固速度(10⁴-10⁷K/秒)。由于凝固速度高，一些合金元素，如鈣或鍶的添加很高，一直到7wt％，這有助于這些合金在高溫達很高的強度。遺憾地是，這些合金的抗蠕變性差，因為快速凝固處理的合金中的非常細少的晶粒組織。該合金組的另一個缺點是該工藝不能生產大的部件，并且工業生產成本太高。沒有上述組的合金適合工業模鑄汽車部件。

為改進抗蠕變性已研究了將鈣添加到鎂-鋁基模鑄合金的潛力。美國專利No.847992公開了添加0.5-3wt％的鈣可使含直到10wt％的鋁、直到0.5wt％的錳和直到4wt％的可能鋅含量的鎂基合金產生高的抗蠕變性。PCT/CA96/00091揭示含有2-6wt％的鋁和0.1-0.8wt％的鈣的鎂基合金在150℃呈現優越的抗蠕變性。但是，兩文獻均承認具有高鈣含量的合金在模鑄期間有熱裂傾向。英國專利指出通過確保合金的鐵含量不小于0.01wt％，更好在0.015-0.03wt％之間可十分肯定地抑制熱裂頃向或至少降低到一個完全滿意的程度。但是，目前已知這樣高的鐵含量將引起嚴重的腐蝕問題，因為按照ASTM(American?Society?forTesting?and?Materials)標準B93/B93M-94b要求在現代高純度和耐腐蝕鎂合金中的鐵含量容許限度為0.004wt％。該PCT公開說明書證實使用大于0.8wt％的鈣對合金模鑄性有不利影響，由于有大范圍的熱裂和粘模(也稱作“模焊”)。

題為“Magnesium?in?the?Volswagen”(F.Hollrigl-Rosta，E.Just，J.Kohler?andH.Jelzer，Light?Metal?Age，22-29，August?1980)的第三種出版物揭示，通過向含有約8wt％的鋁和約1wt％的鋅的AZ81鎂合金中添加約1wt％的鈣可顯著改善抗蠕變性。但是，該出版物揭示該合金不能應用于模鑄生產曲軸箱(汽車零件)，因為鑄件在模中粘附并發生熱裂。

由上述三個文獻可清楚看出，通過鈣改進鎂合金抗蠕變性的潛力不能完全實現，由于添加鈣降低鑄造性。所以，現有技術需要呈現改進的鑄造性并提供足夠蠕變強度的經濟鎂合金。