[发明专利]一种镁铍稀土压铸合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镁铍稀土压铸合金及其制备方法，所述镁铍稀土压铸合金各组分的质量百分数为：Al：5.5～9.5％，Zn：0.55～1.05％，Mn：0.15～0.45％，RE或Y：0.05％～0.5％，RE或Gd：0.03％～0.3％，Be：0.05～0.3％，其余为Mg，所述镁铍稀土压铸合金不可避免的包含杂质，所述镁铍稀土压铸合金包含Mg₁₇Al₁₂、Mg₂Al₃、Al₂Y、Al₃Ga等镁铝相及稀土铝相。所述镁铍稀土压铸合金制备方法是采用连续定量炉熔化纯镁合金、铝铍中间合金及镁钇或镁钆等中间合金，设置炉温为680℃～710℃进行熔炼，炉温达到后保温一定时间；采用镁合金连续定量炉进行浇注，接着采用镁合金冷室压铸机进行压铸成型，经在线固溶处理及表面处理后制成成品。

技术领域

本发明涉及镁合金的结构设计和应用技术领域，特别提供了一种镁铍稀土压铸合金及其制备方法。

背景技术

镁铝合金材料是目前结构材料应用中质量最轻的金属材料，它具有比强度高，比刚度高，导电、导热性能好，降噪和电磁屏蔽性能好，切削加工性能好，易于回收等多种优点，广泛应用在航空、汽车制造、3C电子产品中，被誉为未来最具潜力的金属结构材料。目前应用最为广泛的是铸造 AZ系镁合金，然而AZ系镁合金材料的常压重力铸造力学性能较低、抗腐蚀性能较差，这严重制约了其应用和推广，一直以来高强、耐腐蚀镁合金材料成为国内外科研工作者的研究热点。一些高校及院所研制出的新型高强、耐蚀压铸镁合金材料，多数仍处于实验室阶段，也有个别已实现中试或批量化生产。

目前较为先进的混合气体保护连续定量浇注炉正逐步取代传统的电阻或感应炉熔炼及暴露大气人工舀料。随着压铸机技术的不断发展镁合金压铸工艺也在不断更迭，目前应用较为广泛的是冷室压铸机，压铸机由最初的不到百吨的合模力发展到现在的几千吨。然而对于目前广泛应用的压铸技术而言，存在一个行业痛点，即压射结束后熔解在合金内部的气体无法完全排出，形成许多弥散分布的高压微气孔。这些气孔缺陷很大程度上影响了材料的性能和稳定性。

稀土元素在镁合金凝聚结晶以后，富集在晶粒的边界，使合金成分过冷程度加剧，阻止晶粒在高温受热时长大，使枝晶间距减小，晶粒组织因此细化，提高镁合金的强度、韧性等。镁的性质较活泼，其吸氢倾向易使熔炼时的熔液中氢含量增多，当合金冷凝后发生缩松、气孔等铸造缺陷，另外镁氧化后生成的氧化镁也是铸件夹杂物之一。而加入稀土合金后，熔炼时其中的杂质元素因与活泼的稀土元素反应生成氢化物或氧化物，然后形成熔渣上浮或下沉起到除去杂质的效果。杂质的减少有益于提高镁合金的强度和塑性。稀土元素的加入使合金显微组织分布改变，晶粒尺寸减小、合金表面氧化膜趋向稳定、合金内部杂质净化，以此提高镁合金的耐蚀性能。添加稀土元素来细化晶体，提高镁合金的综合力学性能，取得了较好的实验效果。目前多种牌号的稀土镁合金材料制备工艺日趋成熟，并应用于工业化生产中。

Y能提高合金的强化效果及抗蠕变性能，随着Y含量的增加合金晶粒及晶界处的组织明显细化。与Nd、Y元素相比相同含量的Ce(1.0wt％)产生的晶粒细化效果更明显但，由于Nd、Y元素的固溶强化作用加入Nd、Y 元素更能提高合金的力学性能。少量的铈镧混合稀土(0～1.0wt％)对AZ 系压铸镁合金显微组织和蠕变性能的影响—结果表明加入铈镧混合稀土有效地细化了合金的微观组织，抑制低熔点Mg₁₇Al₁₂相的数量与尺寸，而且在晶界生成针状高温热稳定Al₁₁(Ce，La)₃相，随着铈镧混合稀土含量从0.1％增加到0.5％，合金在常温及150℃高温的力学性能达到最大值，其抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为265、188MPa、3.6％和158、132MPa、12％。复合添加Y、Ca合金元素可以更明显细化合金晶粒，且降低成本；随Ca 含量的增加Al₂Y相尺寸减小，分布更加弥散，导致合金力学性能提高。铍元素也是六方晶格结构，也能够与镁形成共晶格结构，细化晶粒，提商镁合金的强度和塑性。