[发明专利]一种耐低温环境的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，具体涉及一种耐低温环境的镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金作为最轻的金属结构材料，具有比强度高、比刚度高、抗震性好、电磁屏蔽性能优异、可回收性好等优点，在汽车、便携工具、电子工业、航空航天等领域有广阔的应用前景。我国拥有世界上最为丰富的镁资源，发展镁合金制备加工技术对实现从镁资源优势向经济优势的转化具有重要意义。

随着镁合金在社会中应用的越来越广泛，对于镁合金在高温环境下合金性能的保持与提升研究越来越多，但是镁合金在航空航天领域中还会处于低温真空环境。因为镁合金的高性能和低密度，使得镁合金所制成的各种零件在卫星、宇宙飞船、各种探测器中使用的越来越多，该零件长期处于外太空中，外太空指的是地球稠密大气层之外的空间区域，为真空或接近真空的环境，且在太阳照射面温度可高达500℃，但是在阴影面温度以及远离恒星的地方其表面最低接近绝对零度；而对于镁合金的性能研究过程中发现镁合金的屈服强度和抗拉强度随着温度降低逐渐上升，但是延展率逐渐下降。

延展性和延伸率是息息相关的，其实是反映材料的塑性，所谓塑性，在压力容器反面讲是材料在外力作用下能承受多大的塑性变形而不出现裂纹的性能。实践证明，在较低温度下工作时，往往出现低应力脆性断裂。其实造成这种结果的原因有两个，一个是随着温度的降低，材料的塑性性能有所下降，第二是材料内部难免有某些微观缺陷，比如微小裂纹。镁合金零件塑性的降低，则会导致其在真空低温环境下断裂几率加大，这在外太空使用时会大大降低设备的使用寿命，可能会突然造成意外事故，造成巨额损失以及危害宇航员的生命。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种耐低温环境的镁合金及其制备方法，改善了镁合金在低温环境下的延展性，降低了镁合金制件在低温环境下脆性断 裂的几率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种耐低温环境的镁合金，所述镁合金中各元素的质量分数为：

Al：1.2～2％；

稀土元素：1～3.5％；

Ag：0.9～3.5％；

Zr：0.2～2％；

余量为Mg。

进一步的，所述稀土元素包括Nd和Y。

进一步的，所述镁合金中Nd的质量分数为0.1～3.4％，所述镁合金中Y的质量分数为0.1～3.4％。

一种耐低温环境的镁合金的制备方法，包括如下步骤：

1)按照上述镁合金中各元素的质量分数称取镁锭、铝锭、镁钇中间合金、镁钕中间合金、锆锭和银锭，对设备进行清扫并保持干燥；

2)将镁锭放入石墨坩埚，石墨坩埚放入井式电阻炉内，对石墨坩埚内喷吹保护气体并开始熔炼；

3)待镁锭熔化后，保持熔体温度为740℃，向熔体内加入银锭和铝锭，搅拌均匀后对熔体进行升温至745℃～755℃后加入镁钇中间合金和镁钕中间合金，再次搅拌均匀，最后对熔体进行升温至760℃～775℃后加入锆锭，搅拌均匀后静置5～10min。

4)对熔体表面进行扒渣，并对熔体进行降温，待熔体温度降至740℃后倒入模具中进行浇铸制得镁合金铸件；

5)对镁合金铸件进行热处理得到最终的镁合金。

进一步的，所述步骤2)中保护气体为纯度99.9％的氩气。

进一步的，所述步骤3)中加入锆锭之前对锆锭进行粉末化处理，使得锆锭成为颗粒状锆粉，且其粒度为0.1mm～1mm。

进一步的，所述锆粉加入熔体的方法为均匀撒在熔体表面，然后通过搅拌设备对熔体搅拌2min。

进一步的，所述步骤4)浇铸过程中对模具施加超声波振动。

进一步的，对浇铸过程中的铸件温度进行监测，将超声波换能器与模具接触，当铸件温度冷却至650℃～740℃时，超声波换能器施加超声波频率为40KHz，当铸件温度冷却至550℃～650℃时，超声波换能器施加超声波频率为80KHz。

进一步的，所述步骤5)的热处理过程为首先镁合金铸件通过石墨粉覆盖，再将镁合金铸件放入低温箱式电阻炉，保持温度为330℃～360℃，时间为1～3h，再升温至530℃～560℃，保持8～9h，再降温至170℃～180℃，保持30～40h，最后取出进行室温水冷。

进一步的，所述室温保证温度在18℃～24℃。