[发明专利]含铈镧混合稀土的Mg-Al-Zn-RE变形镁合金及其生产方法、应用

说明书

技术领域

本发明涉及属于轻金属材料类领域，特别涉及一种含铈镧混合稀土耐热耐蚀和力学性能的Mg-Al-Zn-RE变形镁合金的挤压成形工艺。

背景技术

铈镧混合轻稀土：是将常用(市售)混合稀土(含Ce、La、Pr、Nd)中稀贵的镨(Pr)、钕(Nd)分离出去(用作当今俏销的钕铁硼永磁材料的原料)剩余的大量铈镧混合稀土。由于常用混合稀土中的主要成分的组成为Ce 45％～50％，La  21％～30％，Pr 5％～7％，Nd 12％～17％，因为每生产一吨钕镨稀土，大约附产3.5～4吨铈镧混合稀土。中国每年生产钕铁硼所耗钕镨2.5～3万吨，因此，每年大约有8～10万吨铈镧混合稀土有待应用，大量积压，而钕镨比较紧俏，造成轻稀土诸元素产销不平衡的重大矛盾，严重影响轻稀土平衡健康发展。我国稀土科学技术和管理人员多次呼吁大力重视铈镧混合稀土的应用。同时，国内传统工业用热挤压镁合金如镁铝锌合金(A Z 31)存在着挤压成型困难、强度低、耐蚀性能差、表面质量差等弱点，而不能满足轨道交通及其他行业的要求。

合金化是改善上述问题最有效的一种方法，而铈镧混合稀土是镁合金化的最实用和最具开发应用价值的元素。由于铈镧为表面活性元素，当镁合金凝固时铈镧在固液前沿富集，造成成分过冷，阻碍晶粒长大，因而对镁合金产生显著的细化效果。同时：(1)铈镧比钇的活性更强，更易与H及MgO中的O作用，因而大大提高了净化除杂除渣的效果。(2)铈镧在金属中固溶度较小，固溶强化和时效沉淀效果不如钇明显，从而减小金属的变形抗力，提高热挤压的稳定性。(3)由于Ce和La的化学活性、表面活性比Y强，添加后所产生的细化作用更大，经试验发现，添加铈镧后的A Z 31晶粒细化特征明显，热挤压出的制品表面光亮度更高，几乎无明显挤压痕迹等缺陷。(4)Ce和La与镁合金中其他元素如铝、锌等可产生合金化作用，形成高熔点高热稳定性的第二相物质，产生的弥散作用对镁合金(A Z 31)的力学性能和耐蚀性能的提高起着明显作用，已被国内外学者所公认。

而目前工业用AZ31挤压镁合金存在的强度和耐蚀性不高，密排六方格晶体变形抗力大，不易挤压成型的弱点，以及镁合金具有氧化易燃，加工制造过程存在较大火灾隐患的缺点。

发明内容

本发明第一目的是针对目前工业用AZ31挤压镁合金存在的强度和耐蚀性不高，密排六方格晶体变形抗力大，不易挤压成型的弱点，以及镁合金具有氧化易燃，加工制造过程存在较大火灾隐患的缺点，提出一种含铈镧混合稀土的Mg-Al-Zn-RE变形镁合金。

本发明所述镁合金的化学组成按重量百分比分别为Al：2.5％～3.0％，Zn：0.7～1.3％，Ce：0.1％～0.9％，La：0.04％～0.5％，杂质元素Fe≤0.02％，Cu≤0.002％，Si≤0.01％，Ni≤0.001％，余量为镁。

本发明在原来的AZ31基础上加入了Ce、La元素，可充分利用Ce和La元素的脱氧除氢除杂等化学活性，以提升镁合金的力学性能、抗氧化能力和耐蚀性能，改善了合金的挤压变形工艺性能。另外，由于原稀土原料中稀贵的Pr、Nd等重稀土元素被分离出去，可降低原料的成本，不但解决了目前铈镧混合稀土供过于求的现状，还可将Pr、Nd作为生产钕铁硼的主要原料，充分发挥其作用，同时，解决目前铈镧混合稀土积压过剩的现状。

本发明的另一目的是提供含铈镧混合稀土的Mg-Al-Zn-RE变形镁合金的生产方法：

在SF₆和CO₂的气体保护下，待AZ31合金基体材料熔化后，加入预热到220℃的镁-铈镧中间合金，当熔体温度为710℃～730℃时通氩气精炼搅拌10～15分钟，然后静置30～40分钟，待熔体680℃～700℃时进行铸造成含铈镧混合稀土的Mg-Al-Zn-RE挤压镁合金；所述镁-铈镧中间合金中铈镧的重量百分比分别为Ce：62％～68％，La：32％～38％。

所述镁-铈镧中间合金的投料占总重量的0.1～1.5％。

本发明在原有的AZ31合金材料基础上，加入廉价、实用的铈镧混合稀土，不但工艺简单，易于生产控制，而且形成的镁合金质量稳定性好。

另，镁-铈镧中间合金在加入前先预热到220℃，其目的是去除合金中的水分，减少含气量并保持熔铸时基体合金的温度。

本发明的第三个目的是提供含铈镧混合稀土的Mg-Al-Zn-RE变形镁合金挤压生产应用：

将所述含铈镧混合稀土的Mg-Al-Zn-RE变形镁合金用于挤压生产型材。