[发明专利]一种准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金材料技术领域。具体涉及一种准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金作为目前工业上可应用的最轻金属结构材料（密度为1.8g/cm³左右），不仅具有高比强度和比刚度，且具有良好的减振性、导热性、尺寸稳定、可切削加工性和可回收性等特点。在航空航天、电子通讯和国防科技等领域中具有十分广阔的应用前景，被称为“21世纪的绿色工程材料”。随着对汽车轻量化、节能、环保以及生态环境等要求的日益提高，轻质镁合金作为结构材料的应用需求日益迫切。然而，与传统钢铁和铝合金材料相比，镁合金自身具有强度较低、抗氧化性能差以及高温抗蠕变性能差等问题，使其作为某些结构件的应用受到限制。

近年来，在Mg-Zn系合金中加入稀土元素制备准晶增强镁合金(SinghA,NakamuraM,WatanabeM,KatoA,TsaiAP.ScriptaMaterialia,2003,49:417-422.)。Gd、Y和Mg同属密排六方晶体结构，二者在镁中的质量固溶度分别为23.5%和12.0%，在熔炼过程中提高镁合金的流动性，细化晶粒，产生固溶强化效果，使其具有好的铸造性能和高温力学性能。通过对Mg-Zn-Gd合金持续冲压，合金中产生的Mg₂Zn₃相和准晶相均起到增强基体的作用（HuangH,YuanGY,ChuZH,WJ.MaterialsScience&EngineeringA,2013,560:241-248）。但是对于准晶相的研究局限于Mg-Zn-Gd和Mg-Zn-Y系合金。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低、工艺简单和生产效益高的准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的制备方法，该方法制备的准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的硬度、耐磨性和耐蚀性高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的组分及其含量是：Mg为44.4~44.7wt%；Zn为40~42.4wt%；Gd为9.8~10.7wt%；Y为2.5~5.5wt%。

所述准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的制备方法是：

1）按准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的组分及其含量，以Zn粒、Mg-Gd中间合金和Mg-Y中间合金作为目标合金(即为所述准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金)配料放至坩埚中，再用镁合金覆盖剂覆盖，镁合金覆盖剂覆盖层的厚度为10~25mm，置于烘箱中，在50~55℃条件下干燥60min。

2）将干燥后的目标合金配料在I=300A的电流强度下预热120~150s，升温至350~400℃；再以20~30A/次的增幅提高电流强度，每次的保温时间为70~80s，直至坩埚中的目标合金配料与镁合金覆盖剂分层，持续加热至合金全部熔融后停止提高电流，保温。

3）在保温状态下，电磁搅拌至目标合金配料完全熔化后，关闭电源，在空气中静置冷却40~60s，水冷至室温，制得准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金。

所述的镁合金覆盖剂的组分及其含量为：MgCl₂为26.8~28.5wt%；KCl为24.3~25.2wt%；BaCl₂为29.8~31.2wt%；CaF₂为14.1~14.9wt%；NaCl、CaCl₂、MgO和H₂O为2~3wt%。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明在生产过程中对设备的要求不高，原材料来源广泛，使用高频感应加热设备能效高，节约工业成本，升温迅速，不易氧化，故生产成本低、工艺简单和生产效益高。

本发明利用稀土元素Gd和Y有利于准晶形核的特点，使Gd和Y在固液界面能够通过降低形核表面能的方式加快准晶相生长速度，促进包晶反应向有利于准晶生长的方向进行，在Mg-Zn系合金中同时加入Gd和Y形成热力学稳定的准晶相。

本发明制备的准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金与现有的准晶增强镁合金相比，特点在于所制得的含Gd和Y的准晶增强镁合金具有较高的成功率，微观组织中准晶的体积分数大，制得的Mg-Zn-Gd-Y镁合金中准晶相增强区域的硬度、耐磨性、耐蚀性以及综合力学性能好。

因此，本发明具有成本低、工艺简单和生产效益高的特点，所制备的准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的硬度、耐磨性和耐蚀性高。

附图说明