[发明专利]一种用超声原位合成法制备稀土耐热镁合金

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种用超声原位合成法制备稀土耐热镁合金的方法

背景技术

镁合金是目前可应用的最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减振性能优异、导热性好、易回收等优点，在航空航天、汽车制造、家电仪表、电子通讯、生物医学等领域有着极其重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为“21世纪绿色工程材料”。由于镁合金的耐热性能差、蠕变强度低等缺点，在一定程度上也限制了镁合金的进一步应用。当使用温度或环境温度升高时，镁合金的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使其难以作为关键零件（如发动机中的零部件）材料在航空、航大、汽车等工业中更广泛地应用。因此，耐热变形镁合金的研究与开发已成为世界镁工业发展中的重要方向之一。

国际上耐热镁合金的研究始于20世纪中期，经过数十年的发展，耐热镁合金的设计理论逐渐完善，形成了以通过添加稀土、碱土、Si以及其他元素进行合金化和形成热稳定性高的强化相来提高镁合金耐热性能的设计思想。稀土被普遍认为是提高镁合金耐热性能最直接和最有效的合金元素，其中，Sm与镁的原子尺寸接近，在镁中的固溶度（最大为5.8%） 比La、Ce、Pr、Nd大，可实现固溶强化等强化作用，从而提高镁合金的耐热性能。因而，稀土元素Sm在耐热镁合金中的显著作用逐渐引起了众多研究者的重视。

研究发现：Al₂Sm金属间化合物可有效提高镁合金的室温与高温性能，但稀土元素Sm含量达到1-2wt%后，Al₂Sm相的数量逐渐增多、尺寸不断长大并趋于偏聚，使得镁合金的抗高温蠕变性能下降。超声原位合成法是一种最近发展起来制备高性能材料的新方法，其原理是利用不同元素或化学物之间在一定条件下发生化学反应，而在金属基体内生成一种或几种陶瓷相或颗粒或金属间化合物，并在高能超声的声空化效应和声流效应作用下，显著改善与细化增强颗粒的形貌与尺寸，提高增强颗粒在熔体中均匀分散性，以达到改善合金性能的目的。

超声原位在含Sm的耐热镁合金中的应用，能有效的细化原位生成的强化相并促进其均匀分散，有望进一步提高镁合金的抗高温蠕变性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用超声原位合成法制备稀土耐热镁合金的方法，其特征制备方法为：将镁合金锭放入坩埚内加热至熔化，在温度750℃～780℃时，将Mg-Sm中间合金加入到熔体中，再将超声变幅杆伸入镁合金熔体中，在超声功率为800～1200W的条件下，超声10～15min；将熔体温度降至670℃～680℃，继续超声8～10min，浇铸取样。

本发明是这样来实现的，将镁合金锭放入坩埚内加热至熔化，在温度750℃～780℃时，将Mg-Sm中间合金加入到熔体中，再将超声变幅杆伸入镁合金熔体中，在超声功率为800～1200W的条件下，超声10～15min；将熔体温度降至670℃～680℃，继续超声8～10min，浇铸取样。其中镁合金成分为（质量分数）：Al：5.9-10.2%，Mn：0.4-0.8%，稀土元素Sm占权利要求1所制备的稀土耐热镁合金总重量的：2.0-5.0%。

本发明的技术效果是：采用本发明得到的稀土耐热镁合金组织中晶粒细小，生成的Al₂Sm颗粒尺寸细小且分布均匀，而且工艺简单、安全可靠，操作方便，且无三废污染。

附图说明

图1为本发明制备的耐热镁合金显微组织。

图2为本发明制备的耐热镁合金中Al₂Sm的分布情况。

具体实施方式

超声原位合成法制备稀土耐热镁合金： 

实施实例1：将镁合金锭放入坩埚内加热至熔化，在温度为750℃时，将用铝箔纸包覆的Mg-15%Sm（质量分数）中间合金加入到熔体中（其中Sm占最终稀土耐热镁合金总重量的3%），再将超声变幅杆伸入镁合金熔体中，在超声功率为1000W的条件下，超声10min；将熔体温度降至680℃，继续超声8min，浇铸取样。

实施实例2：将镁合金锭放入坩埚内加热至熔化，在温度为780℃时，将用铝箔纸包覆的Mg-40%Sm（质量分数）中间合金加入到熔体中（其中Sm占最终稀土耐热镁合金总重量的2%），再将超声变幅杆伸入镁合金熔体中，在超声功率为800W的条件下，超声15min；将熔体温度降至670℃，继续超声10min，浇铸取样。