[发明专利]高强度Mg-Gd-Y合金制备方法

说明书

技术领域：本发明提供一种高强度Mg-Gd-Y合金制备方法。

背景技术：镁合金具有密度小、比强度高、减震性好、易切削加工和尺寸稳定好，可实现回收循环使用等优点，使得镁合金在汽车工业、兵器、电子和航空航天等高新技术领域中倍受青睐。但是镁合金的强度和塑性等力学性能普遍较低，因此研究新型提高镁合金力学性能的工艺具有重要意义。

在镁合金中加入稀土元素可以有效地提高合金的力学性能，特别是复合添加Gd、Y等重稀土元素成为人们关注的热点。研究表明，Mg-Gd-Y合金具有很好的室温及高温力学性能，是目前世界上高强度镁合金系之一。近年来国内外学者对Mg-Gd-Y系合金展开了一系列的研究工作，但其工作主要集中在对铸态及挤压态、热处理等常规制备方法及工艺上。将快速凝固技术应用于Mg-Gd-Y合金的制备，并通过热处理进一步提高其力学性能却未见报道。

发明内容：

发明目的：本发明提供了一种高强度Mg-Gd-Y合金制备方法，其目的是解决以往镁合金力学性能不理想的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种高强度Mg-Gd-Y合金制备方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

1)将Mg-13Gd-4Y-0.5Zr合金用砂轮打磨去掉表面的氧化皮，切成小块状。置于预先用酒精清洗好的石英管中，再放入到DSL-300型非自耗真空感应炉中，在真空度为1.0×10^-3Pa下的高真空和氩气保护下加热熔化，并在一定的压力差下用高纯氩气将金属溶液注入铜模，制备尺寸为Φ3×60mm合金棒。

2)对步骤1)的合金进行时效处理，时效处理温度为150～300℃，时间为1～28h，保温后空冷。

步骤2)合金时效的加热温度为200℃，保温时间为4h，保温后空冷。

所述时效处理的步骤为：将箱式电阻炉升温到预定温度，把样品放到箱式电阻炉中间的位置，为了防止试样在加热时发生氧化，将样品装入坩埚中，在放置试样的坩埚底部加FeS，再在坩埚顶部盖上石棉，然后把炉温升温至预定温度后使其恒温，保温预定时间。到时间后把样品取出放到空气中冷却。

优点及效果：本发明提供一种高强度Mg-Gd-Y合金制备方法，快速凝固可以有效地细化金属及合金的晶粒，扩大合金元素在基体中的溶解度，减少成分偏析，在晶界处和晶粒内生成细小弥散的沉淀相，提高其力学性能。快速凝固作为一种新型的金属材料制备技术，目前已经广泛用于新材料的研制中，快速凝固技术的问世也为高性能镁合金结构材料的研制奠定了坚实的基础。

本发明通过快速凝固技术，获得细小的镁合金晶粒，并扩大合金元素Gd、Y在基体α-Mg中的溶解度，由于细晶强化和固溶强化的结果，提高合金的力学性能；将快速凝固获得的Mg-13Gd-4Y-0.5Zr合金进行不同温度、不同时间的时效处理，进一步提高其力学性能。

本发明采用快速凝固方法制备合金，由于冷却速度非常快，与普通的金属型及砂型铸造相比有如下特点

1)凝固后获得的组织为细小的过饱和α-Mg(Gd、Y)固溶体和少量的第二相。其中晶粒细化是快速凝固镁合金的重要特征。镁合金的Hall-Patch因子k比铝合金的高，因此通过晶粒细化提高镁合金力学性能，其效果远远大于铝合金；Mg-Gd-Y合金中的合金元素原子Gd、Y以置换固溶体形式存在，快速凝固Mg-Gd-Y合金获得的是过饱和度很大的过饱和固溶体，使基体α-Mg(Gd、Y)固溶体的晶格产生严重的畸变，位错运动阻力增加，同时过饱和α-Mg(Gd、Y)固溶体的形成又为时效时第二相的析出提供了有利的条件。

2)对快速凝固的Mg-Gd-Y合金进行适当的时效处理后，于晶内及晶界处析出细小弥散分布的第二相，这些细小弥散第二相粒子对位错及晶界起到钉扎作用，有效地强化晶界、阻碍位错运动，从而提高合金的强度。快速凝固Mg-Gd-Y合金中起强化作用的弥散相有GdMg、Gd₂Mg、Gd₃Mg。

本发明的快速凝固Mg-13Gd-4Y-0.5Zr合金力学性能上的特点是室温合金的抗压强度(б_b)最高达693.1MPa。

附图说明：

图1是快速凝固Mg-13Gd-4Y-0.5Zr合金的铸态显微组织图。

图2是快速凝固Mg-13Gd-4Y-0.5Zr合金再经200℃4h时效的显微组织图。

图3是快速凝固Mg-13Gd-4Y-0.5Zr合金再经250℃8h时效的显微组织图。

具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：