[发明专利]一种Mg-Zn-Y镁合金及其制备方法

说明书

技术领域    

本发明涉及高性能镁合金技术领域，具体涉及一种Mg-Zn-Y镁合金及其制备方法。

背景技术   

镁合金具有低密度、高的比强度和比刚度、良好的减振性能和磁屏蔽性能等，资源量也相对丰富，是工程中应用最轻的金属结构材料，在现代工业化应用中具有广阔的应用前景。其中，又以镁合金在汽车零部件中的应用为重点，近些年来，制造技术和工艺过程的进步有利地促进了镁合金在汽车行业的应用，镁合金的强韧性、高温性能已经得到大幅度的提升，但较差的耐腐蚀性能是阻碍镁合金应用的主要因素，成为镁合金作为轻质化结构材料在工业生产量产化进程中的瓶颈。

研究表明，二十面体准晶（I相）具有显著的腐蚀抗力、高硬度、低摩擦系数、低界面能，提高镁合金在室温和高温下的耐腐蚀性能，同时改善其力学性能。材料工作者一直在努力通过制备准晶，尤其是大体积分数的准晶相来改善镁合金的耐腐蚀性及力学性能。镁合金在接近平衡状态的常规凝固下，微观组织比较粗大且准晶含量较低，快速凝固能扩大固溶度和改善微观结构，从而显著提高合金耐蚀性，因此越来越受到材料界的重视。但现有快速凝固的工艺参数制备镁合金准晶含量较低、组织分布不均匀等问题使其耐腐蚀性与力学性能较差。这些问题已成为制约镁合金材料发展应用的瓶颈。

发明内容   

为了解决上述镁合金准晶体积分数低，及采用现有快速凝固制备工艺难以获得高耐腐蚀性镁合金的问题，本发明提供了一种Mg-Zn-Y镁合金材料及其快速凝固制备方法，优化了镁合金成分配比，使生成的准晶相具有较大的体积分数，且在基体中均匀分布，从而解决准晶含量偏低的问题，使镁合金的耐腐蚀性得到显著提高，满足了镁合金作为高耐腐蚀性轻质化结构材料在工业生产中的应用要求。

    本发明技术方案为：本发明一种Mg-Zn-Y镁合金，是由以下质量百分比的组分组成：55.50~56.00%Zn，11.50~13.00%Y，余量为镁和微量杂质元素；

    所述的Mg-Zn-Y镁合金，合金组织中含有准晶相，准晶体积分数为26.8~51.3%。

本发明提供的Mg-Zn-Y镁合金制备方法如下：首先将Mg-Y中间合金、纯镁锭和纯锌锭熔炼后，制成Mg-Zn-Y铸态合金母锭，将Mg-Zn-Y铸态合金母锭熔化后，采用快速凝固喷射方法，制得Mg-Zn-Y镁合金；所述的快速凝固喷射方法，采用高真空单辊旋淬系统，所述的高真空单辊旋淬系统的铜辊转速为400~800rpm，喷射氩气压力为0.04~0.09MPa。

 所述的高真空单辊旋淬系统的铜辊直径为240mm；

     所述的Mg-Y中间合金，其组成按质量百分比含量为：29.50~30.50%Y和69.50~70.50%Mg。

     本发明Mg-Zn-Y镁合金制备方法，步骤为：

     1）常规铸造方法制备Mg-Y中间合金：

     以重量配比为29.50~30.50%Y、69.50~70.50%Mg为原料，放入坩埚中加热熔化并升温至815~845℃，搅拌均匀后浇注金属型，制得Mg-Y中间合金，熔炼过程中通入SF₆:CO₂气体保护，得Mg-Y中间合金；

     步骤1）中所述的Mg-Y中间合金质量百分比含量为Mg-29.50~30.50%Y；

     2）制备Mg-Zn-Y铸态合金母锭：

    按重量配比称取纯锌锭、Mg-Y中间合金和纯镁锭原料，在SF₆和CO₂混合气体保护下，将Mg-Y中间合金和纯镁锭放入预热到200~300℃的容器中，然后升温至710~740℃，待Mg-Y中间合金和纯镁锭完全熔化时，加入纯锌锭，搅拌均匀，除去熔液表面的废渣，继续搅拌2~3分钟，静置15~25分钟；在SF₆和CO₂混合气体保护下，室温静置3~5分钟，浇注成形，制得Mg-Zn-Y铸态合金母锭；

     步骤2）中所述的纯锌锭、Mg-Y中间合金和纯镁锭原料，重量配比为：55.50~56.00%纯锌锭、38.50~43.00%Mg-Y中间合金、余量为纯镁锭。

     3）高真空单辊旋淬系统快速凝固喷射制备Mg-Zn-Y镁合金：