[发明专利]一种多元耐热耐蚀镁合金及制备方法

说明书

本发明公开了一种多元耐热耐蚀镁合金及制备方法，合金以质量百分比计包括：5.8～7.8％Al，2.2～3.2％Sn，0.2～1.0％Zn，0.2～2.0％RE，0.1～0.3％Mn，剩余部分为Mg和不可避免的总量≤0.2％的杂质。在镁铝基底材料内加入锡、钕和/或钐形成高熔点颗粒相Nd₅Sn₃和Sm₅Sn₃，并通过锌的加入进一步细化高熔点颗粒相，提高合金的强塑性、耐热性和耐蚀性；同时剩余锡与镁结合生成Mg₂Sn，进一步改善合金性能；添加锰减小杂质元素的危害，提高合金的耐蚀性，通过调整元素间的配比得到耐热耐蚀镁合金。

技术领域

本发明涉及轻金属材料及冶金技术领域。更具体地说，本发明涉及一种多元耐热铸造镁合金及其制备方法。

背景技术

随着能源紧缺和环境污染问题日益加剧，交通领域轻量化已不可避免，作为环境友好的轻质材料引起了广泛的关注。镁合金作为目前可应用的最轻金属结构材料，具有较高的比强度和比刚度、良好的抗磁干扰性、优异的阻尼减震性能、高导热性和易回收等优点，在航空航天、交通运输设备制造、家电仪表、电子通讯、生物医学等领域有着显著的应用价值和巨大的应用前景，已成为21世纪最具有发展潜力的金属材料之一。迄今为止，现有的商用镁合金仍然以AZ91、AM50的Mg-Al系镁合金为主，约占镁合金总量的90％。

Mg-Al系镁合金的Mg₁₇Al₁₂相主要以离异共晶网状形式分布于晶界，恶化了合金的耐腐蚀性能和高温强度。为此，广大科研工作者从合金成分设计(合金化)和热处理(T6处理)等方面对Mg-Al系镁合金开展研究，旨在改善其力学性能和耐腐蚀性能。

适量的Sn添加Mg-Al镁合金中能够降低镁的层错能进而有利于实现超塑性，同时具有一定的固溶强化效果；但是Sn的含量较高时，大尺寸的Mg₂Sn聚集在晶界降低了合金的性能；单一添加Sn对合金的耐蚀性能改善不明显。RE元素在Mg-Al镁合金中的作用主要是通过形成Al-RE相并通过热处理来改善合金的力学性能，但是Al-RE相极易在合金晶界富集进而尺寸较大，降低了合金的沉淀强化效果。Zn元素是镁合金中常用的合金化元素之一，主要用来改善合金的力学性能，但是，过多Zn的加入，会降低合金的耐蚀性能。Mn元素的添加可以降低杂质元素Fe的危害作用，同时在晶界生成的Al-Mn化合物与Mg₁₇Al₁₂相相比，更容易钝化，改善镁合金的耐蚀性能。以上表明，单一添加合金元素到Mg-Al合金中，很难实现具有一定力学性能的耐热耐蚀的镁合金。多数研究侧重于Al-RE相的形成和改性，并没有考虑到合金元素锡与钕或钐形成高熔点的第二相，这些高熔点的第二相有助于合金的耐热性能的改善。

中国专利“一种高强度铸造镁合金及其熔制方法”【申请号：200810230077.2】公开了一种高强度铸造镁合金，其各组成成份的质量百分含量分别是：Gd：8.1～11.5％，Y：1.0～4.5％，RE：0.01～3.0％，Zn：0.01～0.2％，Mn：0～0.18％，Zr≤1.0％，且(Gd+Y+RE)≤15.5％；Mg及杂质：余量，该合金的稀土含量高，并且通过添加合金元素Zr进一步细化合金的晶粒尺寸，提高了合金制备成本，该合金不含有相对廉价的合金元素Al和Sn。

中国专利“一种高强度的耐热镁合金及其熔炼方法”【申请号：200610112622.9】公开一种高强度的耐热镁合金，其成份含量为：Y为4.5～10wt％，Gd为0～8wt％，Dy为0～5wt％，Tb为0～5wt％，Ho为0～5wt％，Er为0～5wt％，Tm为0～5wt％，Nd为2～4.5wt％，Sm为0～3.5wt％，其余为Mg，该合金可以作为变形镁合金，也可以作为铸件使用。该合金含有高含量的稀土增加了合金制备成本，不含合金元素Al、Zn、Sn和Mn，同时也没有进行相关的耐蚀性能的检测。