[发明专利]多元Mg-Zn-Al基镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多元Mg-Zn-Al基镁合金及其制备方法，属于工业用镁合金的范畴。

背景技术

Mg-Al和Mg-Al-Zn系镁合金是目前使用最广泛的镁合金系列，但由于β相的存在使其高温抗蠕变性能较差，长期工作温度不能超过120℃，无法用于制造高温部件，因此限制了其在汽车工业、航空航天工业中的进一步应用。而现有的Mg-Al-Si、Mg-Al-RE和Mg-RE等耐热镁合金由于铸造性能差和生产成本较高，也限制了其在工业界的广泛使用。因此开发具有良好综合性能的低成本耐热镁合金，仍然是目前镁合金领域的研究热点。成本低廉的高Zn含量的Mg-Zn-Al（ZA）系镁合金不仅有较好的高温力学强度，而且具有良好的高温抗蠕变性能。同时还拥有优异的可压铸性能，因此具备很好的后续开发和应用前景。

目前虽然已有相关通过加入Ca、Sr等碱土元素合金化的高性能Mg-Zn-Al基镁合金的报道，这些合金均具有良好的高温综合力学性能和耐热抗蠕变性能。但由于加入合金化元素后往往形成粗大、连续网状分布的化合物相对塑性和拉伸强度都会造成不利影响。

发明内容

本发明提供了一种Mg-Zn-Al基耐热镁合金成分配方，它能满足合金较高的室温和高温拉伸力学性能的要求，同时能显著改善高温抗蠕变性能，且不含稀有元素，成本低廉。

本发明另一个目的是提供这种多元高强耐热Mg-Zn-Al基镁合金熔炼制备的方法。

本发明公开一种多元Mg-Zn-Al基镁合金，其中：该合金中的化学成分的质量百分比为：

锌       8%-12%；

铝       3%-5%；

锰       0.2%-0.4%；

锶、钙和钛中的一种或几种，其中，它们的质量百分比为：

锶     0.2%-0.6%；

钙     0.1%-0.7%；

钛     0.005%-0.015%；

主要成分为氯化镁和氯化钾的镁合金精炼剂    1％-3%

余量是镁和杂质元素，杂质元素质量百分比为：铁<0.005%；铜<0.015%；镍<0.002%。

在一些实施方式中，合金中钛的质量百分比优选为：0.008%-0.012%。

在一些实施方式中，合金中杂质元素总量＜0.025%。

在一些实施方式中，合金在室温下，其抗拉强度σ_b为161-275MPa，屈服强度σ_s为110-179MPa，延伸率δ为2.5%-7％，合金在高温（200°C）下，其抗拉强度σ_b为118-210MPa，屈服强度σ_s为80-163MPa，延伸率δ为3%-9%。在175°C,70MPa蠕变条件下，稳态蠕变速率为3.7×10^-9s^-1，100h应变率为0.22%。

相应的，本发明提供了一种多元Mg-Zn-Al基镁合金的制备方法，方法包括：

S1、成分为镁锭、铝锭、锌锭、Al-10Mn中间合金、Mg-27Sr/Mg-30Ca中间合金以及Al-10Ti中间合金的原料在使用前需经过处理和清洗；

S2、将钢制坩埚及熔炼工具清理干净，预热至200～300℃喷涂料。锭模在使用前清理并预热至120～150℃，冷却至70～80℃，在与金属液接触的表面喷一层厚度为0.1mm的涂料，再预热至120～200℃待用。

S3、坩埚预热至暗红色后，坩埚内装满已经过预热的原料镁锭、铝锭，盖上防护罩，通入1%SF₆+99%CO₂混合防护气体，升温熔化。待上述炉料全部熔化后再加入Al-10Mn中间合金、锌锭、Mg-27Sr/Mg-30Ca中间合金。

S4、熔体继续升温至770～790℃时，搅拌1～2分钟使成分均匀，然后清除表面熔渣。加入Al-10Ti中间合金。待全部熔化后，再次将熔体搅拌均匀。

S5、将温度降至730～750℃进行精炼，精炼剂用铝箔包好，通过钟罩压入坩埚内熔体中下部，并作轻微搅动，同时于熔体表面也撒入相当量精炼剂，保温静置15～20分钟，期间约每隔8～10分钟撇除一次表面熔渣。

S6、待熔体降温至710℃左右，开始浇注，浇注后冷却凝固即制成合金。

在一些实施方式中，步骤S1中熔炼原料须在烘箱内于150～200℃预热，时间为0.5～1小时。