[发明专利]一种高强轻金属及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强轻金属及其制备方法，尤其是一种碳化硅增强的高性能镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是一种密度非常小的的金属材料，目前已经在手持电子设备、汽车、航空航天等领域中应用。作为工程材料，人们通常期望高强度的材料，但是，由于镁合金的原子结构特点，其塑性差，传统的加工手段不能得到高强度的镁合金，目前的镁合金的强度普遍较低。

中国专利103589920A公开了一种镁铝合金及其制备方法。该合金的成分以及重量百分为：钪1.2~2.5%、铈0.3％~0.8％，锰1.5％~2％、钼2.5％~5％，钨0.12~1.2%，镁25％~35％，添加铝至100%。与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明综上所述，通过加入的钪、铈，锰、钼，钨，使得该镁铝合金具有低成本高耐用性的优点。

中国专利102080174A公开了一种高镁铝合金板材的生产方法。该发明解决了现有的高镁铝合金板材的制造方法的板材中晶粒粗大、材料的抗拉强度低、力学性能波动大、成品率低的问题。本方法：该镁铝合金板材中元素的质量百分比为Mg：8.3%～9.6%、Mn：0.4%～0.8%、Ti：0.05%～0.15%、Si：≤0.3%、Fe：≤0.3%、Cu：≤0.05%、Ni：≤0.10%、Zn：≤0.20%、余量为Al，该合金经熔炼、铸造、二次热轧、中间退火、冷轧、成品退火、矫直、锯切后得到高镁铝合金板材。成品率48%～55%，强度390MPa～400MPa，可用于航天运载火箭结构件及军用导弹弹头。

中国专利101880788A公开了一种镁铝合金的SiC颗粒碾磨增强方法，该发明以有色轻金属镁铝合金为基体，以碳化硅颗粒为增强掺杂剂，通过熔炼、碾磨剪切、浇铸、热处理，最终制成镁铝合金+碳化硅合金锭复合材料，镁铝合金+碳化硅合金锭的力学性能、抗拉强度、屈服强度、弹性模量大幅度提高，抗拉强度可提高32%，屈服强度可提高40%，弹性模量可提高70%，金相组织致密性好，颗粒分布均匀，增强相与基体间界面结合紧密，此增强方法先进合理，工艺流程短，可进行工业化连续生产，是十分理想的制备增强型有色金属复合材料的方法。

中国专利101177752提出了一种含锌4.5%的镁-锌-稀土合金及其制备方法，特别是涉及镁-锌-稀土系中以添加重稀土钇或钆和轻稀土镧或钕的镁基合金及其制备方法。该发明提供的添加四种稀土的镁-锌-稀土合金分别为MG-4.5WT%ZN-(0.2WT%～2WT%)LA；MG-4.5WT%ZN-(0.2WT%～2WT%)ND；MG-4.5WT%ZN-(0.2WT%～4.8WT%)GD和MG-4.5WT%ZN-(0.2WT%～2.8WT%)Y，可解决工业上可供选择的镁-锌-稀土系合金品种不多以及稀土资源选择利用或替代利用性差的问题。不过，其屈服强度在200MPa以下。

以上发明都致力于提高镁合金的性能特别是强度性能，不过，其屈服强度都在300~400MPa以下，其强度与目前长用的工程材料还有较大的差距。

发明内容：

发明目的：为了拓展镁合金的应用领域，发挥其低密度的有点，本发明提供了一种高强度镁合金及其制备方法。

本发明的技术方案如下:?

本发明的合金成分如下：锌重量百分比含量为3-20%；铝质量分数为3-8%；钕质量分数为1-3%；纳米碳化硅的质量分数为15-25%；余量为镁。其中碳化硅的平均直径在200纳米以下。在熔炼的过程中，向镁合金中掺入SiC纳米颗粒，分散均匀，缓慢冷却并抽真空让纳米颗粒进一步提高浓度，然后在高压下采用扭曲变形的方式，再采用异步轧制，进一步细化晶粒，提高合金的强度。根据本发明，可以制备一种纳米颗粒增强的高强镁合金。其显微组织中的平均晶粒直径在100纳米以下，纳米颗粒的直径在200纳米以下，镁合金的屈服强度在400MPa以上。

具体制备方法包括以下步骤：

（1）准备原料：准备99.9%以上的高纯镁、锌、铝、钕，以及平均粒径为200纳米以下的纳米SiC；

（2）熔炼合金：将镁、锌、铝、钕按照一定的原子比例配料，在保护气氛中熔炼，熔炼过程中加入纳米SiC，保持温度在700°C，采用超声的方法进行分散；

（3）对合金锭进行缓慢冷却，在冷却的过程中保持抽真空状态，真空度低于5torr；

（4）冷却后，将合金锭加工成圆盘状；

（5）将步骤(4)处理的粗晶合金圆盘放入上、下两个压砧中的凹槽形成的空间内，对合金施加高压，并旋转压砧以扭转合金圆盘，使之发生扭曲形变；