[发明专利]一种低稀土高强耐热镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料及冶金技术领域，涉及一种低稀土高强耐热镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是最轻的实用金属材料，密度仅为1.35～1.8g/cm³，具有高的比强度和比刚度，很好的抗磁性，高的电负性和导热性，良好的消震性和切削加工性能。已成为现代汽车、便携电子产品电子、通信等行业的首选材料，但是镁合金的强度总的来说均低于铝合金此外，高温性能差也是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能往往大幅度下降，因而它难以作为高温长时间使用的部件，大大限制了其应用。所以通过向合金中加入一定量的高熔点元素与镁基体形成高熔点相，并通过合理的热处理工艺获得成分均匀、组织细小，高温性能优异和综合力学性良好的镁合金成为镁合金领域的重要研究方向。

目前国内外主要从稀土元素合金强化、镁基复合强化和快速凝固粉末冶金法等方面进行研究，以提高镁合金的室温强度和高温强度。其中以稀土元素为主加元素的方式来制备高温性能优异的镁合金占居多，他们往往通过添加1种或2种及以上稀土来达到制备高强耐热镁合金目的。李大全公开的专利《高强度耐热镁合金及其制备方法》(申请号：200610024085.2，公开号：CN1814837A，公开日：2006.8.9)其制备的高强耐热镁合金的合金组织成分为12％Y，2％Sm，0.35％Zr，余量为Mg及其它。经热处理后，其室温抗拉强度为365MPa，延伸率为3.0％，200℃的抗拉强度为331MPa，250℃的抗拉强度为312MPa。何上明公开的专利《高强度耐热镁合金及其制备方法》(申请号：200510025251.6，公开号：CN1676646A，公开日：2005.10.5)其制备的高强度耐热镁合金中稀土的含量为6-15％Gd、1-6％Y，合金的强度和高温性能很好。肖阳等人(肖阳，张新明，高强耐热Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金的性能.中南大学学报，2006，37(5)：850-854)制备的Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金也获得了较好的强度及高温性能。但是，上述公开的专利和文献中涉及的合金均采用较高含量的稀土元素，稀土元素不仅价格昂贵，而且比重大，通过添加高稀土含量制备高强耐热镁合金的将导致材料成本大幅提高。小野昌二(日本)公开的专利《含Al2Ca的镁基复合材料》(申请号：200980108474.5，公开号：CN101970703A，公开日：2011.02.09)，制备的镁基复合材料在常温和高温下均具有优异的强度特性。袁广银公开的专利《快速凝固超高强镁合金及其制备方法》(申请号：200910049871.1，公开号：CN101538671A，公开日：2009.9.23)，利用快速凝固技术也制备了高强镁合金。但是，由于设备昂贵，制备工艺复杂，无论采用镁基复合强化还是采用快速凝固技术制备的高强耐热镁合金的成本极高，价格昂贵，工业化困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种低稀土高强耐热镁合金，解决了在高温条件下镁合金强度和抗蠕变性能不足的问题。

本发明的另一目的是提供一种低稀土高强耐热镁合金的制备方法，解决了目前镁合金制备工艺复杂，制备成本高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种高强耐热镁合金，按质量百分比其组成为：Sn：3-6％，Y：0-4％，Gd：0-4％，Mn：0.5-2.5％，Zr≤1.0％，其余为Mg。

本发明的另一种技术方案是，一种权利要求1所述镁合金的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，分别称取预先钻孔的镁锭、Mn粉、Mg-Y中间合金、Mg-Gd中间合金和Mg-Zr中间合金，使各物质间质量关系满足以下质量百分比：Sn：3-6％，Y：0-4％，Gd：0-4％，Mn：0.5-2.5％，Zr≤1.0％，其余为Mg；

步骤2，将步骤1称取好的Mn粉过50-200目筛后填入镁锭上事先钻好的孔中，按照所需制备合金质量的5％-10％称取熔剂，在镁锭上撒上熔剂，并一同放入井式电阻炉中加热，使镁锭熔化并使镁液温度升至720-740℃，然后加入Mg-Y中间合金与Mg-Gd中间合金中的一种或两种，机械搅拌10分钟，然后将镁液温度升至780-800℃，加入Mg-Zr中间合金，之后机械搅拌10分钟，最后将镁液降温至730-750℃，加入工业纯Sn锭并机械搅拌10分钟，得到合金液；

步骤3，将步骤2制得的合金液温度升至750-780℃进行精炼处理，再将合金液温度调整至740℃，浇入预热温度为300℃±10℃的底注式金属型中，冷却至常温后得到合金铸锭；