[发明专利]一种准晶增强高强Mg-Zn-Y合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高强度镁合金材料及制备技术，特别是一种准晶增强镁合金及其制备方法。

技术背景

镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，被誉为“21 世纪绿色工程金属结构材料”。近年来随着航空、航天、交通等领域的快速发展，对轻质高比强镁合金提出了更高的要求，从而迫使人们不得不想尽各种办法在合金设计、先进加工技术上寻找新的突破。Mg-Zn-Y合金是一种非常有前途的低成本高强镁合金，主要是由于该合金在常规铸造条件下就可得到具有高强特性的二十面体准晶相（I-phase）。Mg-Zn-Y 三元合金系中存在准晶与a-Mg的两相共存区，这对开发含准晶的高性能Mg-Zn-Y合金具有重要的工程意义。然而，采用常规铸造方法制备的 Mg-Zn-Y 合金中呈鱼骨状的准晶相十分粗大，对材料力学性能很难提供有益的贡献。

发明内容

本发明主要是针对以上不足，提供一种颗粒准晶增强高强度镁合金及其制备方法。本发明的技术方案是： 

（1）选择Mg-Zn-Y合金，该合金中化学元素质量百分比：5.0-6.0% Zn，1.0% Y，余量为Mg，且 Zn与Y质量比介于 5~6 之间，这样可以保证铸态组织中获得准晶与a-Mg两相。 

（2）将坩埚预热到200℃，刷通用镁合金熔炼用坩埚涂料。将坩埚加热到 500℃，将工业纯 Mg 加入到坩埚内并开始通入CO₂+0.5vol%SF₆混合气体进行保护。继续升温到720℃待纯镁完全熔化后，加入纯Zn，Mg-25wt.%Y中间合金；Mg-25wt.%Y中间合金加入方式为用铁制钟罩压入合金熔体中，并轻微地向四周游动，防止稀土的偏聚，使稀土迅速均匀地扩散到熔液中。纯 Zn 用钟罩压入合金熔体底部后便可取出钟罩。升温到 750℃并保温 20~30分钟，待中间合金、纯 Zn 完全熔化，用 C₂Cl₆ 进行熔体精炼处理，精炼后除渣并将温度降至700℃，浇入空冷金属型成型。合金的整个熔炼浇注过程均在 CO₂+0.5vol%SF₆混合气体保护下进行。 

（3）进行热处理。合金首先在450℃下固溶16小时，接着在500℃固溶20小时。待固溶处理后，试样在360℃下进行24小时的人工时效处理。采用分段固溶的原因是使难固溶的准晶相充分固溶进入基体。时效后得到了近似球状细小尺寸的准晶，可以起到明显强化作用。

本发明制备的高强镁合金，其效益为:合金抗拉强度大于250MPa，延伸率大于5%。

在 Mg-Zn-Y 三元合金系中，存在准晶与 a-Mg 的两相共存区，这对开发含准晶的高性能 Mg-Zn-Y 具有重要的工程意义。常规铸造的准晶增强高性能 Mg-Zn-Y 系镁合金晶粒一般较为粗大，容易割裂基体，导致合金力学性能偏低。为了改善准晶粗大问题，本发明首先通过金属型铸造来控制铸态准晶的形态和分布，由于金属型的激冷作用，合金冷却速率很大，限制了准晶的长大，在一定程度上细化了准晶并使其得到较好的分散。其次，再通过热处理方法制备出含析出准晶增强的 Mg-Zn-Y 合金。在热处理过程中，我们采用了分段固溶处理工艺，使铸态准晶最大限度地固溶进入基体后再时效析出，析出的准晶相具有尺寸细小、近似球状的特征可以显著提高合金强度。

准晶增强Mg-Zn-Y系合金的高强度主要来源于准晶颗粒的强化作用，准晶通过形成稳定的准晶/镁基体界面和对位错的强钉扎来实现合金强化。

具体实施方式

实施例 1 

本实施例是一种高强Mg-Zn-Y合金，其成分为Mg-5wt.%Zn-1wt.%Y，Zn与Y质量比为5，其中 Zn 以工业用 Zn 加入，Y以Mg-25wt.%Y 中间合金加入，Mg则采用工业纯镁。 

本实施例的制备方法为： 

第一步，将坩埚预热到200℃，刷通用镁合金熔炼用坩埚涂料； 

第二步，将坩埚加热到 500℃，将工业纯 Mg 加入到坩埚内并开始通入 CO₂+0.5vol%SF₆混合气体进行保护；

第三步，继续升温到纯镁完全熔化后，在 720℃加入 Zn，Mg-25wt.%Y中间合金。Mg-25wt.%Y 中间合金加入方式为用铁制钟罩压入合金熔体中，并轻微地向四周游动，防止稀土的偏聚，使稀土迅速均匀地扩散到熔液中。纯 Zn 用钟罩压入合金熔体底部后便可取出钟罩。