[发明专利]一种含Gd的铸造镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含Gd铸造Mg-Zn-Y-Zr合金的制备方法及其热处理工艺，属于材料制造领域。

背景技术

镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，由于其具有比强度和比刚度高、阻尼性好、易于切削加工，电磁屏蔽能力强、易回收、对环境友好等优点，目前已逐渐成为最有竞争力的金属结构材料之一，在通讯电子、汽车、航空航天等诸多领域得到了广泛应用。Mg-Zn-Y-Zr合金是近年来新发展起来的一种新型高强度镁合金，其主要强化机制是通过合金在凝固过程中形成二十面体准晶相Mg₃Zn₆Y₁来达到强化目的。稀土元素Y是形成准晶I相必不可少的合金元素，此外，稀土元素Y还可显著提高合金的燃点及增强熔炼过程中合金液的流动性，但由于Y在Mg中的最大固溶度仅为3.4wt.％，其强化作用非常有限。稀土元素Gd与Mg具有相同的密排六方晶体结构，且Gd在镁合金中的最大固溶度可达14.12wt.％，故Gd是Mg合金中非常有效的固溶强化元素，且添加适量稀土元素Gd可显著细化晶粒。目前，对Mg-Zn-Y-Gd合金的研究和应用主要集中在稀土元素Y、Gd总含量大于10wt.％的范围内，但是随着稀土价格的迅猛上涨，使Mg-Zn-Y-Gd合金的成本迅速提高，严重限制了该合金系的应用。

发明内容

为克服现有技术中存在的成本高的不足，本发明提出了一种含Gd的铸造镁合金及其制备方法。

本发明提出的含Gd的铸造镁合金由纯Zn、Mg-25wt.％Y中间合金、Mg-30wt.％Zr中间合金、Mg-25wt.％Gd中间合金和工业纯Mg组成，并且Zn、Y、Zr和Gd的重量百分比分别为6wt.％、1wt.％、0.6wt.％、0.5～1.0wt.％，余量为Mg。

本发明还提出了一种制备所述含Gd的铸造镁合金的方法，包括以下步骤：

步骤1：开炉预热；将块状纯Zn、Mg-25wt.％Y中间合金、Mg-30wt.％Zr中间合金、Mg-25wt.％Gd中间合金和工业纯Mg按重量百分比称量；将称量好的纯Zn、Mg-25wt.％Y中间合金、Mg-30wt.％Zr中间合金、Mg-25wt.％Gd中间合金和工业纯Mg预热至250℃～300℃，并保温0.5～1.5h；将成形用的模具预热至300℃；将坩埚预热至350℃后取出，在坩埚内壁刷镁合金熔炼坩埚涂料；所述的镁合金熔炼坩埚涂料是用20wt.％白垩粉、4wt.％水玻璃和余量为水混合而成；将涂刷有涂料的坩埚放入熔炼炉中加温至700℃～740℃。

步骤2：制备Mg-Zn-Y-Gd合金金属液；待坩埚温度升至740℃时加入经过预热的纯Mg，并开始通入C0₂+0.5vol％SF₆混合保护气；当Mg锭完全熔化且熔炼炉的温度回升至750℃时，依次连续加入经过预热的纯Zn锭、Mg-25wt.％Y中间合金及Mg-25wt.％Gd中间合金，并熔化纯Zn锭、Mg-25wt.％Y中间合金及Mg-25wt.％Gd中间合金；在加入过程中对依次加入了纯Zn锭、Mg-25wt.％Y中间合金及Mg-25wt.％Gd中间合金的合金液进行搅拌，得到Mg-Zn-Y-Gd合金金属液；对得到的Mg-Zn-Y-Gd合金金属液继续升温，当金属液温度稳定在750℃时再次对其进行搅拌，使合金成分均匀；在熔炼合金的过程中，CO₂+0.5vol％SF₆混合保护气的压力为5MPa。

步骤3：制备Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金属液；对得到的Mg-Zn-Y-Gd合金金属液升温至760℃～800℃，在所述Mg-Zn-Y-Gd合金金属液中加入Mg-30wt.％Zr中间合金，搅拌3min使Zr充分溶解，得到Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金属液。

步骤4：精炼；所述的精炼包括一次精炼或二次精炼，具体精炼过程是：

一次精炼：对得到Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金属液降温至740℃～760℃；在Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金属液中加入该Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金属液总重量0.5wt.％的C₂Cl₆精炼剂并搅拌；精炼时间为3min；精炼后刮渣处理；静置5min后通入经充分干燥的Ar气吹洗4min；吹洗用Ar气的压力为2～3MPa；吹洗的同时刮渣处理，得到精炼后的Mg-Zn-Y-Gd-Zr合金金属液；