[发明专利]一种超高强高模量Mg-Gd-Y-Zn-Si-Ti-B镁合金及其制备方法

说明书

一种超高强高模量Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Si‑Ti‑B镁合金及其制备方法，本发明涉及种超高强高模量Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Si‑Ti‑B镁合金及其制备方法。本发明的目的是为了解决目前镁合金弹性模量低的问题。本发明镁合金是由Gd、Y、Zn、Si、Mg和TiB₂制成，制备方法为：备料、熔炼、铸锭成型、挤压成型和时效处理。本发明制备的镁合金的抗拉强度可达到460‑511MPa，屈服强度可达到389‑465MPa，伸长率为4.1‑7.8％，弹性模量可达到54.5‑61.7GPa,弹性模量与普通镁合金相比可提高37％左右，满足了高技术领域对轻质高强度高弹性模量镁合金材料的需求。本发明应用于镁合金制备领域。

技术领域

本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种超高强高模量Mg-Gd-Y-Zn-Si-Ti-B镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减振降噪性好、易于回收、资源丰富等一系列优点，被誉为用之不竭的轻质合金，在交通工具、电子通信、航空航天和国防军工等领域具有广泛的应用前景。

近年来高强韧稀土变形镁合金的研究受到国内外广泛关注，尤其是Mg-Gd-Y系稀土镁合金，由于Gd和Y具有优良的固溶强化和时效强化作效果，可获得接近高强铝合金的超高强度和塑性。但普通镁合金的弹性模量较低，一般仅为45GPa左右，显著低于铝合金(70GPa)和钛(110GPa)，抗弹性变形能力较差，不能满足高技术领域对轻质高强度高弹性模量镁合金材料的需求。

由混合定律可知，多相合金的弹性模量是由其组成相的弹性模量及其体积分数决定的。因此，引入高弹性模量第二相可显著提高镁合金的弹性模量。高模量第二相可通过加入合金元素原位生成，或外加陶瓷相制备镁基复合材料。与外加增强相方法相比，在熔体中原位反应生成的增强相与基体镁合金之间的界面结合良好，界面结合强度高，对提高镁合金的弹性模量更有利。因此，通过合金化在镁合金中原位析出高模量第二相，是最有效的提高镁合金弹性模量的方法之一。

现有研究Si含量对Mg-8Gd-4Y-Nd-Zr合金显微组织和力学性能的影响。在Mg-8Gd-4Y-1Nd-Zr系合金中添加1.0wt.％Si，生成具有高模量的Mg₂Si和RE-Si强化相，合金的弹性模量提高到48GPa；但由于Si与稀土反应生成大量的RE-Si粒子，导致稀土元素被消耗，合金的时效强化效果减弱，合金的强度降低。此外，Si含量超过1wt％以后，Mg-8Gd-4Y-Nd-Zr合金熔体的流动性显著降低，严重降低其铸造性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前镁合金弹性模量低的问题，提供了一种超高强高模量Mg-Gd-Y-Zn-Si-Ti-B镁合金及其制备方法；所述的超高强高模量Mg-Gd-Y-Zn-Si-Ti-B镁合金的抗拉强度为460-511MPa，屈服强度为389-465MPa，伸长率为4.1-7.8％，弹性模量为54.5-61.7GPa。

本发明一种超高强高模量Mg-Gd-Y-Zn-Si-Ti-B镁合金是由3％-15％Gd、1％-5％Y、0.5％-3.5％Zn、0.8-1.2％Si、0.5-3％TiB₂和余量Mg制成。

本发明一种超高强高模量Mg-Gd-Y-Zn-Si-Ti-B镁合金的制备方法按以下步骤进行：

一、备料：按质量分数3％-15％Gd、1％-5％Y、0.5％-3％Zn、0.8-1.2％Si、0.5-3％TiB₂和余量Mg的比例称取纯Mg锭、纯Zn锭、Mg-30％Y中间合金、Mg-30％Gd中间合金、Mg-10％Si中间合金、KBF₄和K₂TiF₆；