[发明专利]汽车用碱土耐热镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及适用于汽车制造工业的碱土耐热镁合金及其制备方法。

背景技术

随着汽车工业的飞速发展和环境保护的日益重要，通过减轻汽车自身重量来减少汽车的油耗、降低CO₂和其它燃油氧化物对环境的排放量的要求越来越迫切。镁合金作为最轻的结构材料，具有高比强度、优良的阻尼减震性、散热性、易于加工成形、回收等优点，最适合应用于汽车工业的很多部件中，如汽车的变速箱壳体、进气歧管、曲轴箱、气缸盖和油底壳等，这些构件都长期处于高温高应力的状态下工作。

常用的铸造镁合金如AZ91D，AM60等在常温下具有较高的强度和良好的铸造性能，但到120℃以上时强度会大幅降低，关键零件变形、松动、接触面情况变差，引起漏油、噪声和震动等，其高温应用受到限制。Mg-Al-Si(AS)系合金(如AS21、AS41)是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金。175℃时，AS41合金的蠕变强度明显高于AZ91和AM60合金。但是，AS系镁合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状Mg2Si相，损害了铸造性能和机械性能。它的强度较低，不得不增加壁厚，这降低了它的减重效果。

稀土是用来提高镁合金耐热性能的重要元素。例如CN1804083公开了一种稀土镁合金包括2～10％重量比的钆(Gd)、3～12％重量比的钇(Y)。UP7048812公开了一种镁合金含(重量百分比)1.4～1.9％Pr，0.8～1.2％RE，0.4～0.7％Zn，0.3～1％Zr，0～0.3％Mn，以及0～0.1％阻燃元素。含稀土的代表镁合金如AE42等具有较AS41高的高温强度，但它的可压铸性也会变差，加入的稀土元素为高价元素，增加了铸造原材料的成本，目前仅限于航空、赛车等高性能发动机部件，而且加入稀土后造成镁合金难于回收，因此很难应用于汽车工业大批量生产。

在镁合金中加Ca证明能提高镁合金的燃点，在一些合金体系中证明少量Ca的添加有利于细化晶粒，CN1431329公开了一种耐热镁合金，包括铝、锌、锰、钙和镁，其配比(重量百分比)为：铝：4％～10％，锌：0.2％～2％，锰：0.1％～0.6％，钙：0.1％～3.0％，同时辅助了多达3％的稀土元素来提高合金的性能。CN1614066公开了一种高强耐热变形镁合金，成分及其重量百分比为：3～9％Al，0.5～2.5％Ca，0.1～1％Mn，0.05～1.0％Zn。UP7，029，626公布了Al为3～10％，Ca含量多达2.5％的耐热镁合金，但同时存在于合金的铸造缺陷，如冷隔、热裂和以及粘模等问题，限制了其进一步应用。并且过量的Ca会使脆性增加，延伸率下降。根据已有的资料，Sr是为表面活性元素，可能在生长界面上形成含锶的吸附膜，降低晶粒的生长速度，使晶粒细化。同时也能形成高熔点的化合物提高合金的耐热性，但是未见有成功应用的报道。

快速凝固作为一种工艺方法生产出的镁合金具有高强度和高延伸率，但它只能由快速凝固的粉、带状合金粉热固结而成，制作工序复杂，产品形状有限，不适用于汽车制造。触融铸造也被用于生产镁铝耐热合金，因为在半固态的情况下完成注射，能有效地防止一般耐热镁合金铸造过程的热裂纹产生，但这种技术从来就不成熟，目前还没见成功用于汽车上的例子。

镁合金在熔炼浇铸过程中容易发生剧烈的氧化燃烷。实践证明，熔剂保护法和SF6、SO₂、CO₂、Ar等气体保护法是行之有效的阻燃方法，但它们在应用中会产生严重的环境污染，并在浇注时混入合金中，使得合金性能降低，设备投资增大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种汽车用碱土耐热镁合金及其生产方法，旨在提高耐热性能、降低成本、减少铸件缺陷、提高工艺可操作性；它采用廉价的碱土来代替稀土，并辅以其它传统Al、Zn、Mn等元素，使镁合金的综合性能得到全面提高。

本发明的技术方案之一是，所述汽车用碱土耐热镁合金的重量百分比组成是：

        Al      7％～10％，

        Zn      0.8％～1.2％，

        Mn      0.1％～0.8％，

        Ca      0.1％～1.5％，

        Sr      0.05％～0.15％，

        Mg      88％～91％。