[发明专利]含Ag铸造镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金及其制备方法，具体地说，涉及的是一种含Ag铸造镁合金及其制备方法。

背景技术

轻量化在航空航天、军工、赛车和高档汽车等高科技领域有着比普通汽车有着更为强烈的需求，特别是对于飞行器，因零部件减重带来的巨大经济效益远胜于普通汽车行业(比如，汽车、民用飞机，战斗机、航天器重量重量每降低0.45kg，分别可以节约$3、$300、$3000和$30000)。镁合金，由于自身优异的比强度、良好的导热性、抗紫外线辐射等性能，对于航天航空、军工、赛车和高档汽车等领域极具吸引力。然而，现有镁合金由于强度、使用温度低等等缺点，严重影响了镁合金在这些领域中的推广应用。

目前，镁合金已经发展了Mg-Al、Mg-Mn、Mg-Zn、Mg-RE等多种系列，其中Mg-RE系列镁合金由于其突出的性能，对于上述领域极具吸引力。例如目前汽车动力系统中应用的AE42，航空发动机中应用的EK41、QE22，汽车、导弹上应用的WE43、WE54等等；目前研究的热点有Mg-Gd系、Mg-Dy系和Mg-Tb系等高性能重稀土镁合金。其中Mg-Gd系合金因为其具有出众的时效硬化特性和高达250℃的耐热温度，成为最具潜力的合金之一。

Gd元素和Mg的原子尺寸接近，在镁中的极限固溶度达到了23.5％(Wt.％)。通过加入Gd元素可实现固溶强化，时效强化。在提高力学性能的同时，熔炼中加入Gd元素还能除气、除杂、提高铸造流动性。除此以外，Gd的加入，还能提高镁合金的耐腐蚀性，耐磨性等性能。

为进一步提高Mg-Gd系合金的力学性能，则需要在Mg-Gd的基础上引入第三甚至第四种元素、优化合金成分和改进熔炼工艺。在镁合金中添加Ag元素，在提高合金固溶强化效果的同时，能提高合金的时效强化效果；而Zr元素的加入能细化晶粒，从而改善合金的力学性能。

经对现有技术的文献检索发现，X.Gao等在《Scripta Materialia》(材料研究快报)2008年58期第619-622页上发表的“Enhanced precipitation-hardening in Mg-Gd alloys containing Ag and Zn”(Ag和Zn元素对Mg-Gd合金沉淀强化效果的促进)，该文在重量百分比Mg-6Gd-0.6Zr合金的基础上，通过添加Ag元素，制备了Mg-6Gd-2Ag-0.6Zr镁合金，其研究发现Ag元素的加入能提高该合金的时效峰值硬度。但文中所述合金的稀土的重量百分比只有6％，未能充分发挥Gd元素的强化效果，并且该文中也未详细说明所述合金的力学性能。从以上分析可以看出，在Mg-Gd二元合金的基础上，添加Ag和Zr元素，通过调整合金成分和制备工艺，可获得性能更为优异的合金。这对于镁合金的发展和应用具有重要意义。

Y元素虽然在提高合金强度和耐热性方面，作用不如Gd元素，但Y元素替代Gd元素能降低合金的成本。在不影响合金性能的前提下，调整Mg-Gd-Ag-Zr合金中的Gd含量，通过添加重量百分比不超过3％Y元素来代替部分的Gd元素，可以获得价格相对便宜，但性能优异的镁合金。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种含Ag铸造镁合金及其制备方法，在Mg-Gd镁合金中添加纯银和Mg-Zr中间合金，Ag的添加增强了稀土合金的固溶和时效强化效果，有效提高了合金的力学性能；Zr的添加有效抑制了合金在铸造以及而后固溶过程中的晶粒的长大，显著的细化了晶粒，改善了合金的力学性能。通过调整Gd元素含量，利用Y元素替代部分Gd元素，从而降低了合金的成本。由于这种铸造镁合金的力学性能出众，可以作为高强度结构件，在汽车工业、航空航天、军工中广泛应用成为了可能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的含Ag铸造镁合金，包含的组分及其重量百分含量为：Gd 10％-18％，Y 0-3％，Ag 1％-3％，Zr 0.3％-0.7％，余量为Mg和不可避免的杂质。

所述不可避免的杂质，其包含的杂质元素及重量百分含量为：Fe＜0.005％，Cu＜0.015％，Ni＜0.002％。

本发明以Mg、Gd作为基本成分，加入Ag，固溶于镁基体中，提高了Gd元素固溶和时效强化的效果，加入Zr是为了细化合金晶粒，进一步改善合金的力学性能；通过将少量的Gd元素替换成Y元素(重量比不超过3％)，从而降低合金的成本。本发明形成的合金，粒尺寸明显细化，合金的强度相对于WE系列合金以及QE22合金明显提高。