[发明专利]一种稀土镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金技术领域，具体涉及一种低成本高性能的Mg–Zn–Ca–La/Ce系合金及其制备方法。

背景技术

镁合金具有高的比强度、比刚度，良好的阻尼性、切削加工性和导热性，较强的电磁屏蔽能力以及易回收、再生等诸多优良性能，使其在航天航空、汽车工业、电子行业等国民经济和国防领域的应用日益扩大。并且镁是最轻的金属结构材料，密度仅为1.74g/cm³，是铝的2/3，是钢的1/4，镁合金在工业上的广泛应用将对节能减排有着积极的作用。因此，镁合金被誉为“21世纪的绿色工程材料”。

传统的镁合金如Mg–Al–Zn、Mg–Al–Mn等获得了广泛的应用，依然是目前应用量最大的镁合金。这类镁合金的突出特点是具有优良的压铸工艺性能，这是它们获得广泛应用的主要原因之一。但是这些合金都具有一个共同的缺点，就是在超过120oC使用时，由于β相（Mg17Al12）软化而导致合金的力学性能显著下降。于是人们通过加入适当的合金化元素，在镁合金中形成热稳定性较高的第二相颗粒，来改善镁合金的力学性能。稀土（Rare Earth, RE）元素由于具有独特的核外电子排布而被广泛的用作合金化元素。已有研究发现添加稀土元素能够极大地改善镁合金的高温拉伸性能、蠕变性能和抗腐蚀性能及耐热性能等。但是现有镁合金的力学性能还不能够满足工业化的需求，而性能较高的稀土镁合金制备成本较高，限制了其在工业生产中的应用。只有具有优良力学性能的，高性价比的稀土镁合金才会有广阔的应用前景。

发明内容

本发明为解决现有技术中稀土镁合金无法满足工业化的需求的技术问题，而提供了一种高性能，低成本的稀土镁合金及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种稀土镁合金，该稀土镁合金的主要成分及其重量百分比为：Zn为1.0~4.0%，Ca为0.1~0.5%，La为0.1~1.0%，Ce为0.3~3.0%，余量为Mg。

一种稀土镁合金的制备方法，该制备方法包括以下工艺步骤：

（1）按照重量比：Zn为1.0~4.0%，Ca为0.1~0.5%，La为0.1~1.0%，Ce为0.3~3.0%，余量为Mg，进行备料铸造Mg–Zn–Ca–La/Ce合金；

（2）将铸态Mg–Zn–Ca–La/Ce合金进行均匀化处理；

（3）将均匀化处理后的Mg–Zn–Ca–La/Ce合金车削加工成Φ80×200mm的挤压锭，再对合金进行热挤压；

（4）将热挤压变形后的Mg–Zn–Ca–La/Ce合金进行时效处理。

在本发明提供的稀土镁合金的制备方法中，所述的步骤（1）的具体工艺步骤如下：

a、按照重量比：Zn为1.0~4.0%，Ca为0.1~0.5%，La为0.1~1.0%，Ce为0.3~3.0%，余量为Mg，进行备料；

b、对纯镁锭用酒精进行表面清理，并用冷水冲洗干净，吹干，然后放入井式电阻炉中的坩埚中，通入CO₂+SF₆混合保护气（40:1），加热至740 ~760oC；待合金熔化后，将纯Zn粒，La/Ce金属或Mg–La/Ce中间合金预热，预热温度为200~300oC，然后加入纯Ca粒或Mg-Ca中间合金，并向坩埚中通入Ar气以防止燃烧，流量为1nL/min，时间为1分钟，搅拌并静置10分钟后，降温至710~730oC浇铸到模具中，得到Mg–Zn–Ca–La/Ce合金。

在本发明提供的稀土镁合金的制备方法中，所述的步骤（2）的具体工艺步骤如下：

将铸态Mg–Zn–Ca–La/Ce合金进行均匀化处理，温度为300~450oC，升温速率为4oC/min，保温时间为8~64h，然后60~80oC水淬。

在本发明提供的稀土镁合金的制备方法中，所述的步骤（3）的具体工艺步骤如下：

将均匀化处理后的合金车削加工成Φ80×200mm的挤压锭，并在250~400oC下预热20分钟后，利用卧式挤压机对合金进行热挤压，挤压温度为250~400oC，挤压比为18:1，挤压压头移动速度为1.0~20.0mm/s，模具出口处采用50oC水冷挤压棒。

在本发明提供的稀土镁合金的制备方法中，所述的步骤（4）的具体工艺步骤如下：

将热挤压变形后的Mg–Zn–Ca–La/Ce合金进行时效处理，时效温度为150~250oC，保温时间为8h~120h，然后25oC水冷。

本发明的技术效果在于：