[发明专利]一种多元增强的耐热耐蚀镁合金及其制造方法

说明书

本发明公开了一种多元增强的耐热耐蚀镁合金及其制造方法，配料包括纯镁锭、纯锌锭、Mg‑Gd合金、Mg‑Y合金、Mg‑Nd合金、Mg‑Ca合金、Mg‑Zr合金和纳米级NdN颗粒，原料中各元素的质量百分含量如下，Gd：3.5～5.0%、Y：1.0～3.0%、Nd：0.5～0.8%、Zn：0.8～1.5%、Ca：0.3～0.8%、Zr：0.3～0.6%，纳米级NdN颗粒：0.5～1.5%，余量为Mg，其中Gd、Y和Nd三种稀土元素的质量百分含量由多到少顺序为Gd>Y>Nd，且Gd、Y和Nd三种稀土元素总添加量的质量分数不超过10%，纳米级NdN颗粒的粒径为80～150 nm；依次经过NdN颗粒的预处理和包覆、配料预热、熔炼、精炼、掺杂、浇注、分段固溶处理和人工时效处理，得到具有细小弥散分布的纳米析出相显微组织的耐热耐蚀镁合金成品。本发明制造成本低，且耐热耐蚀性能优越。

技术领域

本发明涉及一种镁合金，特别涉及一种多元增强的耐热耐蚀镁合金。本发明还涉及一种多元增强的耐热耐蚀镁合金的制造方法。

背景技术

镁合金具有低密度、高比强度和比刚度、良好的减震性、铸造性能、切削加工性和再生性等优点，被认为是“21世纪的绿色工程材料”，在航空航天、汽车、轨道交通等领域具有广泛的应用前景。然而，目前大多数Mg-Al系合金在超过120℃时开始发生软化和粗化，力学性能大幅度降低，不能满足其在较高温度下长期使用的要求；此外，镁合金腐蚀电位较低，容易腐蚀，耐热和耐蚀性差限制了镁合金在航空航天领域以及汽车工业中的应用。

一些稀土元素在镁中具有较大的固溶度，在时效处理过程中能形成不同于基体晶体结构的弥散分布和热稳定性高的沉淀析出相，阻碍位错运动。同时，稀土元素的添加也可细化组织，减少合金表面氧化物缺陷集中，从而具有优良的抗氧化性能等。因此，适当稀土元素的添加可以显著提高镁合金的力学性能，尤其是高温力学性能。Gd、Y和Nd稀土元素在镁中的最大固溶度分别约为23.5％、12.4％和3.6％，Mg-Gd和Mg-Y系列合金均具有优良的耐蚀性，但Gd和Y在Mg中的固溶度较大，只有加入较多的Gd、Y添加量时，常规热处理的强化效果才比较显著，这需要消耗更多的稀土资源。目前具有较好高温力学性能的WE54合金主要含稀土元素Y约5％质量分数、Nd和Gd共约4％质量分数，但其主要合金化元素是稀土Y，在150℃以上长期使用韧性会下降，基体与第二相之间的腐蚀电位差较大，耐蚀性能较差，且常规热处理方法获得的组织均匀性较差。

因此，如何在降低稀土元素的添加量的基础上显著提高其强化效果，如何显著提高耐热镁合金坯料的耐蚀性能对于开发新型耐热耐蚀镁合金，扩大其铸件在高温服役条件下的应用具有极其重要的意义。

发明内容

本发明的首要目的在于，解决现有技术中需要在镁合金中添加较高含量的Gd或Y元素才能获得较好的强化效果，以及耐热镁合金的耐蚀性能差的问题，提供一种多元增强的耐热耐蚀镁合金，制造成本低且性能优越。

为解决以上技术问题，本发明的一种多元增强的耐热耐蚀镁合金，所述镁合金的原料组分及质量百分含量如下，Gd：3.5～5.0％、Y：1.0～3.0％、Nd：0.5～0.8％、Zn：0.8～1.5％、Ca：0.3～0.8％、Zr：0.3～0.6％，纳米级NdN颗粒：0.5～1.5％，余量为Mg，其中Gd、Y和Nd三种稀土元素的质量百分含量由多到少顺序为Gd>Y>Nd，且Gd、Y和Nd三种稀土元素总添加量的质量分数不超过10％，纳米级NdN颗粒的粒径为80～150nm。

作为本发明的优选方案，所述镁合金的原料组分及质量百分含量如下，Gd：3.5％、Y：1.0％、Nd：0.5％、Zn：0.8％、Ca：0.3％、Zr：0.3％，纳米级NdN颗粒：0.5％，余量为Mg。

作为本发明的优选方案，所述镁合金的原料组分及质量百分含量如下，Gd：4.0％、Y：2.0％、Nd：0.6％、Zn：1.2％、Ca：0.4％、Zr：0.4％，纳米级NdN颗粒：1.0％，余量为Mg。