[发明专利]具有优越高温性能和模铸性的镁合金

说明书

本发明涉及镁基合金。本发明特别涉及具有优越高温力学性能的镁合金。本发明合金具有极好的铸造性，特别适用于模铸用途。

镁的比重低，约为铝的2/3，钢的1/4，使它特别适于减轻重量很关键的运输用途。镁在轻金属中也是惊人的强；事实上，镁在所有通常可获得的铸造金属当中具有最好的强度对重量之比。另外，镁可提供许多其它优点，例如好的阻尼能力、优越的铸造性、极好的加工性和好的耐蚀性。由于减轻车辆重量的要求日益增加，近年来汽车中镁合金零件的使用快速增长。

镁合金零件可由包括模铸、砂铸、石膏型铸造，耐用铸模铸造和熔模铸造的普通铸造法生产。

为了用于例如包括模铸汽车零件的特殊用途发展了各种合金。在这些合金中，镁-铝基合金，如AM50A和AM60B合金(“AM”表示添加铝和锰)含有约5-6wt％的铝和痕量的锰；和镁-铝-锌基合金，如AZ91D(“AZ”表示添加铝和锌)含有约9wt％的铝和约1wt％的锌，都被经济地定价并广泛用于制造汽车零件。这些合金的一个缺点是高温强度低和抗蠕变性差。这使上述镁合金不适合用于汽车动力系统，由于在此系统部件，如变速箱在操作期间将遭受直到150℃的温度。这些部件差的蠕变强度可导致在螺栓接合处的紧固力的降低，接着导致动力系统漏油。

可提供改进抗蠕变性的另一种镁合金表示为AE42(“AE”表示添加铝和稀土金属)。这种合金含有约4wt％的铝和约2wt％的稀土元素。但是，由于使用稀土元素，这种合金模铸困难，且大量生产汽车部件不经济。

具有良好高温性能的其它镁合金几年来已经发展。这些合金可分成二组。第一组合金含有稀有和贵重元素，如银、钇、稀土和锆，它们主要发展重力砂铸并用于航天和核反应堆。第二组由美国专利No.4997662、5078962和5147603公开的许多实验合金组成。这些合金发展快速凝固工艺，如熔体离心铸造或喷雾沉积，在这工艺中可达到非常高的凝固速度(10⁴-10⁷K/秒)。由于凝固速度高，一些合金元素，如钙或锶的添加很高，一直到7wt％，这有助于这些合金在高温达很高的强度。遗憾地是，这些合金的抗蠕变性差，因为快速凝固处理的合金中的非常细少的晶粒组织。该合金组的另一个缺点是该工艺不能生产大的部件，并且工业生产成本太高。没有上述组的合金适合工业模铸汽车部件。

为改进抗蠕变性已研究了将钙添加到镁-铝基模铸合金的潜力。美国专利No.847992公开了添加0.5-3wt％的钙可使含直到10wt％的铝、直到0.5wt％的锰和直到4wt％的可能锌含量的镁基合金产生高的抗蠕变性。PCT/CA96/00091揭示含有2-6wt％的铝和0.1-0.8wt％的钙的镁基合金在150℃呈现优越的抗蠕变性。但是，两文献均承认具有高钙含量的合金在模铸期间有热裂倾向。英国专利指出通过确保合金的铁含量不小于0.01wt％，更好在0.015-0.03wt％之间可十分肯定地抑制热裂顷向或至少降低到一个完全满意的程度。但是，目前已知这样高的铁含量将引起严重的腐蚀问题，因为按照ASTM(American Society forTesting and Materials)标准B93/B93M-94b要求在现代高纯度和耐腐蚀镁合金中的铁含量容许限度为0.004wt％。该PCT公开说明书证实使用大于0.8wt％的钙对合金模铸性有不利影响，由于有大范围的热裂和粘模(也称作“模焊”)。

题为“Magnesium in the Volswagen”(F.Hollrigl-Rosta，E.Just，J.Kohler andH.Jelzer，Light Metal Age，22-29，August 1980)的第三种出版物揭示，通过向含有约8wt％的铝和约1wt％的锌的AZ81镁合金中添加约1wt％的钙可显著改善抗蠕变性。但是，该出版物揭示该合金不能应用于模铸生产曲轴箱(汽车零件)，因为铸件在模中粘附并发生热裂。

由上述三个文献可清楚看出，通过钙改进镁合金抗蠕变性的潜力不能完全实现，由于添加钙降低铸造性。所以，现有技术需要呈现改进的铸造性并提供足够蠕变强度的经济镁合金。