[发明专利]高强镁合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金材料领域，尤其涉及高强镁合金材料及其制备方法。

背景技术

镁合金是最轻的工程金属材料之一，是以镁为基础加入其它元素组成的合金。其特点是密度小(1.8g/cm³镁合金左右)，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好，特别适合制造有重量轻、强度高、减震降噪要求的工程结构部件和有一定强度要求的壳体类零件。因此，镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中大量使用的最轻金属结构材料。但是，随着我国航空航天业的续迅速发展，对轻质、高强的合金材料的要求不断提高，而现有的镁合金材料为典型密排六方结构，室温变形时只有单一的基面滑移系，变形能力较差，强度只有200MPa左右，限制了其应用，只适用于制造低承力的结构零件；无法满足高强度承载力结构件的要求。因此，高性能的航空航天结构件用镁合金材料将有广阔的发展前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强镁合金材料及其制备方法，利用本发明在保证相应性能的同时，进一步改善镁合金的强度和塑性，从而得到一种高强镁合金材料。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强镁合金材料，该镁合金材料组分中包含铝(Al)，锌(Zn)，氯化锰(MnCl₂)，碳化硅(SiC)晶粒，铍(Be)，镁(Mg)，其中，镁合金材料各组分组成按重量百分比分别为：铝(Al)：10.5-12％，锌(Zn)：6-7％，氯化锰(MnCl₂)：0.6-1.5％，碳化硅(SiC)晶粒：2-3.5％，铍(Be)：0.01-0.03％，余量为镁(Mg)。其中氯化锰含量为所加原料的0.6-1.5％，即起到了除铁的作用，同时又能增加合金的力学性能；

进一步地，镁合金材料各组分组成按重量百分比分别为：铝(Al)：10.75-11.5％，锌(Zn)：6.25-6.75％，氯化锰(MnCl₂)：0.8-1.2％，碳化硅(SiC)晶粒：2.3-3.2％，铍(Be)：0.015-0.025％，余量为镁(Mg)。

进一步地，镁合金材料各组分组成按重量百分比分别为：铝(Al)：11％，锌(Zn)：6.5％，氯化锰(MnCl₂)：1.0％，碳化硅(SiC)晶粒：2.8％，铍(Be)：0.02％，余量为镁(Mg)。

进一步地，其中所述碳化硅(SiC)晶粒的粒径在10μm-100μm范围内。

一种上述高强镁合金材料的制备方法，具有以下步骤：

1)根据测算结果准备材料，将设定好的元素成分按照比例称重并在170℃预加热准备的材料中的金属块；

2)预加热坩埚电炉并加入1.5-2.5公斤的金属卤化物溶剂A；待温度达到300℃且坩埚变红时，将坩埚内清理干净，以确保无任何其他杂物；

3)将预加热备用的镁锭加入熔化炉中熔化，时间为2-2.5小时；镁锭熔化后，立即升温坩埚电炉至700℃，并加入定量的锌锭和锰，然后升高坩埚电炉温度到730-750℃，熔炼10-15分钟后开启机械搅拌装置进行搅拌，搅拌速度为30r/分搅拌15分钟，然后调整搅拌速度为45r/分搅拌5分钟；

4)往坩埚电炉中添加2-3公斤熔剂A，然后按照速度40r/分搅拌，并进行精炼8-10分钟，关闭搅拌装置；

5)将搅拌完成的合金液保温至720℃，静置沉淀20分钟后，取样用直读光谱仪检测其化学成份，确定在设定范围之内；

6)将坩埚熔炼电炉进行密封，按照低压转注方式用移液管把坩埚熔炼炉内的合金液体移入工频保温铸造炉内，并添加预加热温度为170℃的碳化硅细微颗粒，人工搅拌10-15分钟后冲入保护性气体B静置3分钟；

7)将静置后的液体用连续铸造法生产合金坯锭，毛坯锭材按照预期所需尺寸设定为圆棒直径10mm-600mm，方棒15-500mm；

8)对铸造完成的合金锭进行热处理，在200-250℃的温度下淬火1.5-2小时，进一步提升材料的强度；

9)按照航空航天结构件的尺寸进行适当的机械加工成型。

进一步地，所述步骤2)中的金属卤化物溶剂A中各组分及他们的重量百分比含量分别为：MgCl₂：40-45％，KCl：30-35％，BaCl₂：10-15％，CaF₂：4-6％，NaCl：4-7％。此溶剂可以很好的去除杂质。