[发明专利]一种抗蠕变稀土镁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种抗蠕变稀土镁合金及其制备方法，属于镁基合金材料技术领域。本发明的抗蠕变稀土镁合金由以下质量百分比的组分组成：Ho 5.5～7.5％，Sm 1.5～4.5％，Sr 0.6～1％，Zr 0.35～0.55％，其余为Mg和不可避免的杂质。本发明的抗蠕变稀土镁合金，通过优化合金元素配比、固溶和时效工艺调控，显著强化了镁合金基体和晶界，提高了合金在高温下的抗蠕变性能。

技术领域

本发明涉及一种抗蠕变稀土镁合金及其制备方法，属于镁基合金材料技术领域。

背景技术

镁合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料，有着“21世纪绿色工程结构材料”的美誉，在汽车发动机、航空航天、国防军工中有着广阔的应用前景。但是镁合金的耐热性能尤其是高温抗蠕变性能差，严重限制了镁合金作为高温环境承载构件的使用。因此开发一种具有优异高温抗蠕变性能的镁合金，对于镁合金的广泛应用具有重要意义。

稀土元素由于其在镁基体中的固溶度大，固溶强化、第二相强化和弥散强化效果显著，被认为是改善镁合金性能最有效的合金化元素。申请公布号为CN108220730A的中国专利申请中公开了一种稀土钐强化的镁合金及其制备方法。该稀土钐强化的镁合金由以下质量百分比的组分组成：Y5.0％～6.0％，Sm 2.5％～3.5％，Zr 0.4％～0.8％，余量为Mg。钇和钐在镁合金中可以生成Mg₂₄(Y，Sm)₅析出相和Mg₄₁(Y，Sm)₅析出相，二者使得镁合金具有较好的固熔强化和时效强化效果，增强镁合金的机械性能。但是其耐热性能尤其是高温抗蠕变性能仍不能满足实际需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗蠕变稀土镁合金，该稀土镁合金的抗蠕变性能稳定。

本发明的目的还在于提供一种上述抗蠕变稀土镁合金的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种抗蠕变稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：Ho 5.5～7.5％，Sm 1.5～4.5％，Sr 0.6～1％，Zr 0.35～0.55％，其余为Mg和不可避免的杂质。

由于Ho与Sm为稀土元素，价格较贵。为降低成本，本发明的抗蠕变稀土镁合金中Ho和Sm的总质量含量不超过10％。

上述抗蠕变稀土镁合金中的不可避免的杂质的质量含量不超过0.03％。

镁合金的高温蠕变宏观上表现为缓慢的塑性变形过程，微观上则是高温颗粒相与晶界、位错以及镁基体在热力耦合场中协调变形的过程。高温颗粒相热稳定温度越高、分布越均匀、越细小，对合金高温蠕变过程中的晶界和位错滑移的阻碍和钉扎作用就越强。因此要求添加的合金化元素具有较高的固溶度以及较小的原子半径。

本发明的抗蠕变稀土镁合金以稀土元素Ho和Sm作为主添加元素。Ho、Sm在镁中均具有较大的固溶度，尤其是Ho的最大固溶度可达28.08％，并且比其他常用稀土元素如Gd、Y的原子半径小。Ho和Sm溶入镁基体中提高了合金的均匀化程度和弹性模量，减慢扩散和自扩散过程，降低蠕变过程中位错的滑移速度，强化合金基体从而提高合金的高温抗蠕变性能。Ho和Sm在合金中可形成高熔点、热稳定性更高的Mg_xHo析出相(x＝24，2，1)以及Mg_xSm_y析出相(x＝41，3，1；y＝5，1)，析出相均匀分布于镁基体和晶界处，使晶界和相界原子扩散渗透性减小，不但进一步强化了合金基体的高温抗蠕变性能，同时钉扎了晶界。

本发明的抗蠕变稀土镁合金还添加了Sr和Zr两种元素。碱土元素Sr可作为富集于晶粒表面和晶界位置的表面活性元素，可有效的填充晶界处的晶格空位、改善晶界附近的组织形态，阻碍合金晶界的滑移，提高合金的高温抗蠕变性能。Zr可作为异质形核剂，降低合金熔体的润湿角和形核激活能，减少合金的热裂倾向，提高合金的高温抗蠕变性能。