[发明专利]一种高弹性模量镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属材料及其加工领域，特别涉及一种镁合金及其制备方法。

背景技术

为达到减重增效的目的，汽车制造业对高性能轻质材料的需求量迅速增长，镁合金材料作为可工业化生产的最轻金属结构材料，受到了特别的重视。近年来，航空航天及交通运输工具的速度越来越高，所需的动力功率越来越大，对材料的耐热性能及抗弹性变形能力提出了更高的要求。合金化是提高合金力学性能的有效手段。

由混合定律可知，多相合金的弹性模量是由其组成相的弹性模量及其体积分数决定的。可惜的是，Mg-Al、Mg-Zn以及Mg-Al-Zn系合金中Mg₁₇Al₁₂(47.4GPa)和MgZn₂(44.8GPa)等相的弹性模量都比较低，使得合金的弹性模量也比较低，仅为40～45GPa，最终导致其抗弹性变形能力差，不能满足汽车制造业以及工程领域对轻质高强高弹性模量镁合金材料的需求。因此，研发高强高弹性模量镁合金材料的需求已变得非常迫切。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种高弹性模量镁合金，该合金组分配比合理、加工制造容易、价格低廉，可满足室温条件下对要求弹性模量为50～65GPa并且抗拉性能和延展率优异的轻质材料和(或)零部件制造的需求。

本发明提供的高弹性模量镁合金，由包括下述组分按重量百分比的组分制成：

铝和/或锌 1.0-10.0％，

硅和/或锗 1.0-15.0％，

余量为镁；各组分重量百分之和为100％。

铝和/或锌、以及硅和/或锗为本发明添加的合金元素，所述铝和/或锌、以及硅和/或锗的总重量百分含量为2-25％。

所述铝和/或锌的重量百分含量优选为5.0-10.0％，最优选为8.0-10.0％。

铝和锌可以同时加入，也可加入其中的一种。当其同时加入时，铝和锌添加重量比为9:1-1:1，优选为3:1-1:1。

所述硅和/或锗的重量百分含量优选为5.0-15.0％，最优选为10.0-15.0％。

硅和锗可以同时加入，也可加入其中的一种。。当其同时加入时，硅和锗添加重量比为4:1-1:1，优选为2:1-1:1。

本发明提供的高弹性模量镁合金，优选由包括下述重量百分含量的组分制成：

铝和/或锌 5.0-10.0％，

硅和/或锗 5.0-15.0％，

余量为镁；各组分重量百分之和为100％。

为了细化晶粒，改善晶界结构，提高镁合金的塑性，本发明的制成高弹性模量镁合金的组分，还包含重量百分含量小于等于2％的活性元素X，所述活性元素X选自钛(Ti)、银(Ag)、锆(Zr)、钙(Ca)、钪(Sc)、镧(La)、铈(Ce)、铕(Eu)、镨(Pr)、钷(Pm)、钐(Sm)中的任意一种。实验证明，小于等于2％的活性元素X的添加可以细化晶粒，改善晶界结构，提高镁合金的塑性。所述活性元素X的重量百分含量优选为0.1-2.0％，更优选为1.0-2.0％。

具体的，所述镁合金由下述组分制成：

铝和/或锌 1-10％，

硅和/或锗 1-15％，

所述活性元素X 小于等于2％，

余量为镁；各组分重量百分之和为100％。

所述镁合金优选由下述组分制成：

铝和/或锌 1.0-10.0％，

硅和/或锗 1.0-15.0％，

所述活性元素X 1.0-2.0％，

余量为镁；各组分重量百分之和为100％。

本发明还提供上述镁合金的方法，包括下述步骤：

按照上述的制备镁合金的组分，将镁锭在Ar气保护气氛下加热至700-720℃，待镁锭熔化后，将硅加入到镁熔体内，搅拌，待硅块全部溶解后，升温至730-740℃，然后，加入其余组分，并搅拌，精炼扒渣，浇铸，得到铸锭。

所述方法中，Mg用纯镁的方式加入，Si用纯硅的方式加入，所述硅为粒径为1.0～2.0cm的硅块；若制成镁合金的组分中含有锌，锌以纯锌的方式加入镁熔体内，其余组分的均以镁基中间合金的形式添加。

所述方法中，控制镁基中间合金完全熔化至浇铸时间小于等于3分钟，