[发明专利]一种高强度稀土-镁合金材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种高强度稀土‑镁合金材料及其制备方法，属于金属结构材料领域，该稀土‑镁合金材料包含3.0‑8.0wt％的Dy元素，2.0‑5.0wt％的Cu元素和0.5‑2.0wt％的Sn元素。其制备方法包括，将预热后的金属原料熔融铸造得铸态稀土‑镁合金；将所得到的铸态稀土‑镁合金匀质化处理；将匀质化处理后的稀土‑镁合金进行热挤压。本发明稀土‑镁合金材料的成分配比及制备方法能使合金内部能够形成高体积分数的新型强化相(Mg₁₀Dy₁Cu₁相)，该相可以显著提高镁合金的室温及高温力学性能。本发明制备的稀土镁合金材料具有高强度和耐高温的特性。

技术领域

本发明属于金属结构材料领域，具体涉及一种高强度稀土-镁合金材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着汽车制造、航空航天、武器装备以及电子3C等领域的迅猛发展，我国对高性能结构减重材料的需求更加紧迫。作为最轻的金属结构材料，镁合金凭借着高的比强度、比刚度以及良好的电磁屏蔽性能在上述领域中展现了巨大的优势和潜力。然而，随着镁合金的应用范围不断扩大，其相对较低的绝对强度逐渐成为限制其发展的瓶颈。在过去的几十年中，传统的铸造镁合金，特别是AZ、AM系列镁合金，由于它们良好的铸造性能，已被广泛应用于航空发动机零件、飞机壁板、汽车变速箱和离合器壳等结构件中。目前AZ和AM两个系列的镁合金约占汽车工业用镁合金的90％，他们虽然具有很好的比强度，但是其绝对强度仍然不高，特别是当使用温度超过120℃时，合金的强度随温度的升高而大幅度下降，因此该类合金不宜在较高的温度下长时间使用。镁合金的绝对强度低，高温性能差等缺点都极大的限制着镁合金的实际应用。因此，开发高性能镁合金具有重要的意义。

为了提高镁合金的强度和改善其耐热性能。研究表明在镁合金中加入稀土后可以通过固溶强化、弥散强化和时效沉淀强化等手段显著提高镁合金的强度和耐热性能。稀土是开发新型高性能镁合金最具开发潜力和实用价值的合金化/微合金化元素。稀土镁合金是指含有稀土元素的镁合金，由于大部分稀土元素与镁的原子尺寸半径相差在±15％范围内，在镁中有较大固溶度，因而具有良好的固溶强化和沉淀强化的作用，可以有效地改善合金组织和微观结构，增强合金耐蚀性和耐热性，提高合金室温及高温的力学性能。同时稀土元素原子扩散能力差，对提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程有显著作用。此外，稀土元素还有很好的时效强化作用，可以析出非常稳定的弥散相粒子，从而大幅度提高镁合金的高温强度和蠕变抗力。稀土镁合金中稀土含量较高的WE系、Mg-Gd-Y-Zr系、Mg-Y-Gd-Zn-Zr系等合金因具有良好的高温力学性能，因此在航空航天领域里得到了广泛的关注。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种通过合理选择合金元素并控制其含量和配比，使合金内部能够形成高体积分数的新型强化相，提高镁合金的室温及高温力学性能的高强度稀土-镁合金材料。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种高强度稀土-镁合金材料，包含Dy元素和Cu元素，其中，Dy元素的含量为3.0-8.0wt％，Cu元素的含量为2.0-5.0wt％。通过特定的工艺可生成新型强化相(Mg₁₀Dy₁Cu₁相)，该相可以显著提高镁合金的室温及高温力学性能。

作为优选，稀土-镁合金材料还包含0.5-2.0wt％的Sn元素。Sn元素的加入可有效地促进Mg₁₀Dy₁Cu₁相的生成。