一種多元耐熱耐蝕鎂合金及制備方法技術

本發明專利技術公開了一種多元耐熱耐蝕鎂合金及制備方法，合金以質量百分比計包括：5.8～7.8％Al，2.2～3.2％Sn，0.2～1.0％Zn，0.2～2.0％RE，0.1～0.3％Mn，剩余部分為Mg和不可避免的總量≤0.2％的雜質。在鎂鋁基底材料內加入錫、釹和/或釤形成高熔點顆粒相Nd

【技術實現步驟摘要】
一種多元耐熱耐蝕鎂合金及制備方法
本專利技術涉及輕金屬材料及冶金
更具體地說，本專利技術涉及一種多元耐熱鑄造鎂合金及其制備方法。
技術介紹
隨著能源緊缺和環境污染問題日益加劇，交通領域輕量化已不可避免，作為環境友好的輕質材料引起了廣泛的關注。鎂合金作為目前可應用的最輕金屬結構材料，具有較高的比強度和比剛度、良好的抗磁干擾性、優異的阻尼減震性能、高導熱性和易回收等優點，在航空航天、交通運輸設備制造、家電儀表、電子通訊、生物醫學等領域有著顯著的應用價值和巨大的應用前景，已成為21世紀最具有發展潛力的金屬材料之一。迄今為止，現有的商用鎂合金仍然以AZ91、AM50的Mg-Al系鎂合金為主，約占鎂合金總量的90％。Mg-Al系鎂合金的Mg17Al12相主要以離異共晶網狀形式分布于晶界，惡化了合金的耐腐蝕性能和高溫強度。為此，廣大科研工作者從合金成分設計(合金化)和熱處理(T6處理)等方面對Mg-Al系鎂合金開展研究，旨在改善其力學性能和耐腐蝕性能。適量的Sn添加Mg-Al鎂合金中能夠降低鎂的層錯能進而有利于實現超塑性，同時具有一定的固溶強化效果；但是Sn的含量較高時，大尺寸的Mg2Sn聚集在晶界降低了合金的性能；單一添加Sn對合金的耐蝕性能改善不明顯。RE元素在Mg-Al鎂合金中的作用主要是通過形成Al-RE相并通過熱處理來改善合金的力學性能，但是Al-RE相極易在合金晶界富集進而尺寸較大，降低了合金的沉淀強化效果。Zn元素是鎂合金中常用的合金化元素之一，主要用來改善合金的力學性能，但是，過多Zn的加入，會降低合金的耐蝕性能。Mn元素的添加可以降低雜質元素Fe的危害作用，同時在晶界生成的Al-Mn化合物與Mg17Al12相相比，更容易鈍化，改善鎂合金的耐蝕性能。以上表明，單一添加合金元素到Mg-Al合金中，很難實現具有一定力學性能的耐熱耐蝕的鎂合金。多數研究側重于Al-RE相的形成和改性，并沒有考慮到合金元素錫與釹或釤形成高熔點的第二相，這些高熔點的第二相有助于合金的耐熱性能的改善。中國專利“一種高強度鑄造鎂合金及其熔制方法”【申請號：200810230077.2】公開了一種高強度鑄造鎂合金，其各組成成份的質量百分含量分別是：Gd：8.1～11.5％，Y：1.0～4.5％，RE：0.01～3.0％，Zn：0.01～0.2％，Mn：0～0.18％，Zr≤1.0％，且(Gd+Y+RE)≤15.5％；Mg及雜質：余量，該合金的稀土含量高，并且通過添加合金元素Zr進一步細化合金的晶粒尺寸，提高了合金制備成本，該合金不含有相對廉價的合金元素Al和Sn。中國專利“一種高強度的耐熱鎂合金及其熔煉方法”【申請號：200610112622.9】公開一種高強度的耐熱鎂合金，其成份含量為：Y為4.5～10wt％，Gd為0～8wt％，Dy為0～5wt％，Tb為0～5wt％，Ho為0～5wt％，Er為0～5wt％，Tm為0～5wt％，Nd為2～4.5wt％，Sm為0～3.5wt％，其余為Mg，該合金可以作為變形鎂合金，也可以作為鑄件使用。該合金含有高含量的稀土增加了合金制備成本，不含合金元素Al、Zn、Sn和Mn，同時也沒有進行相關的耐蝕性能的檢測。中國專利“一種耐熱鎂基稀土合金及其制備方法”【申請號：200610131696.7】提出的合金組成及重量百分比為：6～8％Gd，1～5％R，0.3～0.6％Zr，雜質元素Ni、Cu、Fe、Si和Al的總量不大于0.05％，其余為Mg；組成通式為：Mg-(6～8％)Gd-(1～5％)R-(0.3～0.6％)Zr。其中，R代表Nd或Sm或MY或Dy或Ho或Er；該合金中的稀土含量范圍控制在7％～13％。該合金的稀土含量較高，增加了合金制備成本，同時大量的稀土相增加了合金后續熱處理成本，該合金沒有添加元素Al、Zn、Sn和Mn。中國專利“一種Mg-Sn-Al變形鎂合金及其制備方法”【申請號：CN201310071667.6】公開了其原料組分及質量百分含量為：工業純錫：4.00％～10.00％；工業純鋁：1.00％～6.00％；錳：0.01％～1.00％；其余為工業純鎂和不可避免的雜質，所述工業純鎂、工業純鋁以及工業純錫純度都在99％以上；鋅純度在99.5％以上；錳是以4％的鎂錳中間合金的形式添加。該合金的Sn含量較高，作為變形鎂合金使用，沒有添加稀土元素。專利201110032706.1公開了一種高強韌耐熱耐蝕稀土鎂合金及其制備方法，其質量百分組成為：3-6％的鋁；0.2-0.5％的錳，1.0-2.5％的稀土，0.6-1.2％的銻，0.3-0.8％的鎘，其余為鎂，所述的稀土為商業化富鈰混合稀土(RE)，所述的商業化富鈰混合稀土(RE)的元素組成的質量百分比為：25-35％的鑭(La)，60-72％的鈰(Ce)，3-8％的鐠(Pr)，0-3％的釹(Nd)。制備方法：按上述配比的合金材料，在體積分數為0.5％的SF6+CO2混合氣體保護熔煉條件下將鎂在坩鍋中熔化后，在660-680℃，以工業純鋁、鋁錳中間合金、Mg-RE中間合金形式加入合金化元素，待加入的爐料完全溶解成合金熔液后，將溫度升高，再將工業純銻和純鎘由鐘罩壓入合金熔液內，攪拌混合均勻并繼續升溫，加入精煉劑精煉鎂合金液精煉，靜置后澆注，得到本產品。優點：提高合金的強韌性和室溫及高溫力學性能；使合金的強韌性、耐熱和耐蝕性能高于現有的AE系鎂合金。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種鎂合金，在鎂鋁基底材料內加入錫、釹和/或釤形成高熔點顆粒相Nd5Sn3和Sm5Sn3，并通過鋅的加入進一步細化高熔點顆粒相，提高合金的強塑性、耐熱性和耐蝕性，并調整元素間的配比得到耐熱耐蝕鎂合金。本專利技術還有一個目的是提供一種鎂合金的制備方法，控制氬氣流速、吹氬氣時的熔體溫度、吹氬氣的時間以及吹氬氣頭在熔體中的攪拌速度等參數，最大程度減少組織中渣的含量，進而有利于提高合金性能。為了實現根據本專利技術的這些目的和其它優點，提供了一種多元耐熱耐蝕鎂合金，以質量百分比計包括：5.8～7.8％Al，2.2～3.2％Sn，0.2～1.0％Zn，0.2～2.0％RE，0.1～0.3％Mn，剩余部分為Mg和不可避免的總量≤0.2％的雜質。優選的是，所述RE為Nd和/或Sm。優選的是，所述雜質中Si≤0.1％。優選的是，包括：7.0～7.8％Al，2.5～3.0％Sn，0.5～1.0％Zn，0.8～1.6％RE，0.1～0.3％Mn，剩余部分為Mg和不可避免的總量≤0.2％的雜質。優選的是，所述RE為0.6～1.4％Nd和/或0.3～0.6％Sm。本專利技術的目的還通過一種多元耐熱耐蝕鎂合金的制備方法來實現，包括以下步驟：原料預熱；熔煉爐中通入保護氣氛，放入鎂錠并加熱至完全熔化，在670～690℃加入鋁錠、鋅錠和錫錠，完全溶解并攪拌后升溫至700～720℃，再依次加入Mg-Mn中間合金、Mg-Sm中間合金、Mg-Nd中間合金，再升溫至730～750℃使合金熔體成分均勻，再降溫至680～700℃并向熔體內吹氬氣精煉1～5分鐘，扒渣后的合金熔體在720～750℃保溫靜置10～30分鐘，將合金熔體澆鑄到預熱溫度為200～300℃的模具中；將鑄件放入通有保護性氣氛的電爐中進行固溶處理，在4本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多元耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于，以質量百分比計包括：5.8～7.8％Al，2.2～3.2％Sn，0.2～1.0％Zn，0.2～2.0％RE，0.1～0.3％Mn，剩余部分為Mg和不可避免的總量≤0.2％的雜質。

【技術特征摘要】
1.一種多元耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于，以質量百分比計包括：5.8～7.8％Al，2.2～3.2％Sn，0.2～1.0％Zn，0.2～2.0％RE，0.1～0.3％Mn，剩余部分為Mg和不可避免的總量≤0.2％的雜質。2.如權利要求1所述的多元耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于，所述RE為Nd和/或Sm。3.如權利要求2所述的多元耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于，所述雜質中Si≤0.1％。4.如權利要求3所述的多元耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于，包括：7.0～7.8％Al，2.5～3.0％Sn，0.5～1.0％Zn，0.8～1.6％RE，0.1～0.3％Mn，剩余部分為Mg和不可避免的總量≤0.2％的雜質。5.如權利要求3所述的多元耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于，所述RE為0.6～1.4％Nd和/或0.3～0.6％Sm。6.一種多元耐熱耐蝕鎂合金的制備方法，制備如權利要求1-5中任一項所述的多元耐熱耐蝕鎂合金，其特征在于，包括：熔煉爐中通入保護氣氛，放入鎂錠并加熱至完全熔化，在670～690℃加入鋁錠、鋅錠和錫錠，完全溶解并攪拌后升溫至700～720℃，再依次加入Mg-Mn中間合金、Mg-Sm中間合金、Mg-Nd中間合金，再升溫至730～750℃使合金熔體成分均勻，再降溫至68...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉國軍，王慧遠，查敏，王珵，楊治政，羅丹，榮建，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林,22