[发明专利]一种稀土钐强化的镁合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种稀土钐强化的镁合金，按质量百分比组成包括，5.0％～6.0％的Y、2.5％～3.5％的Sm、0.4％～0.8％的Zr以及余量的镁。本发明提供的新型高强度镁合金，选择稀土Sm对镁合金进行合金化，而Sm在镁中的最大固溶度高于强化效果很好的Nd在镁中的最大固溶度；而且本发明通过Y、Sm的加入，使镁合金中产生了大量的Mg₂₄(Y,Sm)₅相和Mg₄₁(Sm,Y)₅相，这些析出相可以在固溶处理过程中完全回溶进基体中，形成过饱和固溶体，再将过饱和固溶体进行人工时效，在人工时效过程中，硬度大幅提升，具有非常好的固溶强化及时效强化效果，得到更优的机械性能。

技术领域

本发明属于稀土镁合金材料技术领域，涉及一种镁合金及其制备方法，尤其涉及一种稀土钐强化的镁合金及其制备方法。

背景技术

在目前常用的金属结构材料中，镁的密度是最小的，纯镁的密度是1.74g/cm³，相比于铝(2.7g/cm³)和铁(7.87g/cm³)分别轻了1/3和3/4，是实用金属中的最轻的金属，具有高比强度和高比刚度的特点，在急需减重的行业领域具有很好的应用前景。而镁合金则是以镁为基础加入其他元素组成的合金，也是工程应用中最轻的金属结构材料，其特点是：密度小(镁合金的密度为1.8g/cm³左右)，比强度高，比刚度高、减震性高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好，易加工和易回收等优点，在航天、军工、电子通讯、交通运输等领域有着巨大的应用市场，特别是在全球铁、铝、锌等金属资源紧缺大背景下，镁的资源优势、价格优势、产品优势得到充分发挥，镁合金成为一种迅速崛起的工程材料。

镁合金中主要的合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。但目前常见的镁及其合金存在强度较低，热处理效果较差等问题，严重的阻碍了镁合金在航空、航天、汽车等领域内大规模应用的速度，而合金化是提高镁合金力学性能的有效的方法，这其中，稀土元素的作用尤为明显。

近些年来，随着对稀土元素特性的持续性研究，稀土镁合金越来越得到研究者的广泛关注，大部分稀土元素与镁的原子尺寸半径相差在±15％范围内，稀土元素由于具有独特的核外电子结构，在冶金、材料领域起着独特的作用，被誉为“工业维生素”。在镁合金领域，尤其在高强耐热镁合金领域，稀土由于其独特的作用而得到人们广泛的肯定，稀土被认为是高强耐热镁合金中最具使用价值和最具发展潜力的合金化元素，其独特的良好作用是其它元素所不能取代的。而且稀土元素在镁中有较大固溶度，具有良好的固溶强化、沉淀强化作用；可以有效地改善合金组织和微观结构、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性和耐热性等；稀土元素原子扩散能力差，对提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程有显著作用；稀土元素还有很好的时效强化作用，可以析出非常稳定的弥散相粒子，从而能大幅度提高镁合金的高温强度和蠕变抗力。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土的镁合金，使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能，将有效地拓展镁合金的应用领域。

但是目前稀土元素的开发利用也是较不均衡的，一些元素如Nd、Dy等，由于其在永磁材料中不可替代的作用，导致价格飞涨、供不应求。因而，一些含有钕的高强度耐热镁合金，如镁锆钕合金、WE54镁合金等等，也受到了冲击。

因此，如何设计出一种新型的高强度镁合金，克服上述缺陷，同时还能具有更好的机械性能，已成为业内诸多学者广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种镁合金及其制备方法，特别是一种稀土钐强化的镁合金。本发明提供的稀土钐强化的镁合金，是一种高强度镁合金，具有较高的硬度和拉伸强度，而且不添加稀土钕元素，工艺简单，成本低，适于工业化大生产的推广和应用。

本发明提供了一种镁合金，按质量百分比组成包括：