[发明专利]有效利用稀土元素Y强化Mg－Zn－Y－Zr系镁合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有效利用稀土元素Y强化镁合金的方法及其制备技术，特别是一种具有低密度、高强度、较好塑性的变形Mg-Zn-Y-Zr系镁合金材料——推晶相强化镁合金及制备该合金材料的方法。

背景技术

镁合金作为一种新型的金属材料，具有密度低、比强度和比刚度高等优点，这使得镁合金在航空航天和汽车等高新技术领域有着潜在的广泛应用前景。与其它镁合金相比，由于Mg-Zn-Y-Zr变形镁合金在室温和高温下具有较高的屈服和抗拉强度，所以关于其力学性能的研究报道有很多。研究结果表明，Mg-Zn-Y-Zr镁合金主要是通过准晶相I-Mg₃Zn₆Y的形成来提高其力学性能的。因此，可以预测，通过增加合金中准晶相的体积百分含量可以使Mg-Zn-Y-Zr镁合金的力学性能得到显著的提高。迄今为止关于准晶相体积百分含量对合金力学性能影响的文献报道只有一篇。文献(Mater.Sci.Eng.A(材料科学与工程)449-451(2007)987)报道了在Zn/Y比为5的前提下，通过增加合金元素锌(Zn)和稀土元素钇(Y)，使Mg-Zn-Y-Zr合金中准晶相的体积百分含量增加，从而使合金的强度得到显著的提高。然而，该工作没有深入认识到准晶相的形成与Zn/Y比的关系，仅仅通过增加锌(Zn)和钇(Y)的重量百分含量来提高合金的力学性能，这将使稀土元素Y对镁合金的强化作用得不到有效的发挥。因此，为了充分发挥稀土元素Y对Mg-Zn-Y-Zr镁合金的强化作用，提出一种新的准晶相形成与Zn/Y比的关系是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效利用稀土元素Y强化Mg-Zn-Y-Zr系镁合金及其制备方法，解决镁合金准晶相强化等问题。在一定Y含量的前提下，通过合理选择合金中Zn/Y比，使引入到镁合金基体中准晶相的体积百分含量达到最大，制备出具有低密度、高强度、较好塑性的Mg-Zn-Y-Zr镁合金。

本发明的技术方案是：

本发明的高Zn/Y比Mg-Zn-Y-Zr镁合金材料其组分及其含量为：锌(Zn)含量为5～30％；钇(Y)含量为0.5～5％；锆(Zr)含量为0.3～0.8％和余量的镁(Mg)组成，所有百分数为重量百分数；为使合金中准晶相的体积百分含量达到最大，锌和钇的重量比值(Zn/Y)为6～15。

本发明的高Zn/Y比Mg-Zn-Y-Zr镁合金材料，其抗拉强度为σ_b＝290～360MPa，屈服强度为σ_0.2＝175～260MPa，延伸率为δ＝10～18％，密度为1.84～2.73g/cm³。

本发明最重要的发现在于：通过选取合理的锌钇比(Zn/Y＝6～15)，将引入到Mg-Zn-Y-Zr镁合金材料的基体中准晶相的体积百分含量达到最大(准晶相的体积百分含量在6％-35％范围内)，使合金获得了较高的强度且保留着较好的塑性。

本发明的内在机理主要为：准晶相的形成与Zn/Y比有关。在一定稀土元素Y含量的前提下，通过确定准晶相形成对应的最大Zn/Y比值，使合金中准晶相的体积百分含量达到最大，从而有效地提高合金的力学性能。本发明合金成分是这样确定的：

本发明锌(Zn)和钇(Y)含量分别为5～30％和0.5～5％，由于准晶相的引入与锌，钇含量密切有关。在稀土元素Y含量一定时，当锌和钇的重量比值(Zn/Y)为6～15时，锌和钇将以准晶相形式存在于合金基体中，而且随着Zn/Y比的增加准晶相的体积百分含量显著增加。因此，本发明通过合理控制Zn/Y比值，充分保证引入到合金基体中的准晶相体积百分含量达到最大，起到显著强化合金的目的。

本发明锆(Zr)含量为0.3～0.8％，可以使合金的晶粒得到有效细化。

本发明一种有效利用稀土元素Y强化Mg-Zn-Y-Zr系镁合金的方法，包括控制Zn/Y比，向合金基体中引入较多的准晶相和后续的热挤压加工。其具体冶炼铸造和后续热挤压加工过程的具体步骤如下：

1)烘干及预热：常规辅料(覆盖剂/RJ-5)的烘干温度为120～180℃；各种配料与浇铸模具的预热温度为150～300℃；常用工具(搅拌器、掏渣勺、浇铸用料勺等)在700～740℃的熔融态洗涤熔剂中清洗及预热。

2)镁锭的熔化：设定温度680～720℃，升温；当坩埚预热至暗红色(400～500℃)时，清理坩埚内残渣，在坩埚内壁及底部均匀地撒上一层覆盖剂/RJ-5；加入已预热的镁锭，并在炉料上撒上一层覆盖剂/RJ-5；此过程中覆盖剂/RJ-5用量占炉料重量的0.1～1.0％；继续升温。