[发明专利]镁基合金

说明书

技术领域

本发明涉及镁基合金，尤其涉及一种能通过高压压铸(HPDC)铸造的镁基合金。

背景技术

随着限制燃油消耗和减少面向环境的有害排放的需求的增长，汽车制造商正寻求研发更省油的车辆。降低车辆的总重量是实现该目标的关键。任意车辆的重量主要来自发动机以及传动系统的其他部件。发动机的最重要的部件是占发动机总重量的20-25％的汽缸体。过去是通过引入铝合金汽缸体代替传统的灰铁缸体来节省大部分的重量，如果使用能承受发动机运转期间产生的温度和压力的镁合金能够进一步减少大约40％的重量。在考虑制造可行的镁发动机组之前，兼具所需的高温机械特性以及经济有效的制造工艺的合金的发展是必须的。

HPDC是一种可用于大规模制造轻合金部件的高产能的工艺。虽然砂型铸造和低压/重力金属型铸造的铸造致密性通常高于HPDC，但是HPDC对于大体积的大规模生产来说是成本更低的技术。HPDC在北美的汽车制造商中很普及，并且在欧洲和亚洲是用于铸造铝合金发动机组的主要工艺。近年来，高温镁合金的研究主要集中在HPDC工艺流程上，并且已经研发出数种合金。HPDC被认为是实现高生产效率以及降低制造成本的很好的选择。

WO2006/105594提出了一种镁基合金，由以下重量份组成：

1.5-4.0％稀土元素，

0.3-0.8％锌，

0.02-0.1％铝，

4-25ppm铍，

0-0.2％锆，

0-0.3％锰，

0-0.5％钇，

0-0.1％钙，以及

除了附带的杂质外余量均为镁。

依据WO2006/105594的合金已被证明具有优异的高温蠕变特性，但经证实很难进行压铸。本发明人发现，依据WO2006/105594通过增加合金中镧的比例可改善压铸期间的流动性和热裂阻力以及熔融合金的抗氧化性。

在本说明书全文中，词语“稀土”应理解为指的是原子序数57-71、即镧(La)至镥(Lu)的元素中的任一种或其组合。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种镁基合金，由下列重量份的成分组成：

2-5％稀土元素，其中该合金包含作为稀土元素的镧和铈，镧的含量大于铈的含量；

0.2-0.8％锌；

0.02-0.15％铝；

0-0.5％钇或钆；

0-0.2％锆；

0-0.3％锰；

0-0.1％钙；

0-25ppm铍；以及

除了附带的杂质外余量均为镁。

合金中镧和铈的总含量按重量优选为1.5-3.5％，更优选1.8-3.0％，特别优选2.0-2.8％。不希望受理论的束缚，镧和铈可改善合金的铸造性以及蠕变强度。再者，不希望受理论的束缚，镧含量大于铈含量还可改善合金的铸造性，尤其是合金的热裂阻力。镧与铈的比例越高通常能赋予合金越大的延展性和越大的热裂阻力。通常，较大的镧和铈的总含量有利于合金的蠕变阻力以及相伴随的合金的延展性的将降低。

合金中稀土元素可任选地包含钕，在一个实施例中，稀土元素主要是镧、铈和钕。不希望受理论的束缚，包含钕可改善合金的蠕变阻力。然而，也可通过降低合金中钕的含量来改善合金的铸造性，尤其是热裂阻力。当存在时，钕的含量优选是合金的0.5-2.0重量％，更优选0.5-1.5重量％，更优选大约1重量％。

多种稀土元素主要来自包含镧、铈、可选的钕、适量镨(Pr)以及微量的其它稀土元素的镧混合稀土。在另一个实施例中，稀土元素可来自铈混合稀土与纯镧，以便相对于铈含量镧含量较高。对于需要低含量铈的合金来说，稀土元素可来自镧的商业纯品源。

钕可来自上述一种或两种混合稀土、纯镧来源、钕镨混合物(高钕的钕-镨合金)或其任意组合。

钇是可包含的可选成分。不希望受理论的束缚，包含钇被认为有利于熔体保护和蠕变阻力。然而，也可通过减少合金中钇的含量来改善合金的铸造性，尤其是热裂阻力。当存在时，钇的含量优选是0.005％-0.5重量％，更优选0.01-0.4重量％，更优选0.05-0.3重量％，特别优选0.1-0.2重量％。

稀土元素来源的镧或铈的混合稀土可选地包含钇。因而，钇含量也来自这些混合稀土。钇含量还可来自纯钇来源、镁-钇母合金或其任意的存在或不存在混合稀土的组合物。