[发明专利]一种低成本高强韧变形镁合金及其制备方法

说明书

本发明为一种低成本高强韧变形镁合金及其制备方法。该合金为Mg‑Al‑Bi‑Ca‑Y镁合金，其化学成分质量百分比为：Al 6.0～8.5wt％，Bi 1.5～4wt％，Ca 0.02～0.1wt％，Y 0.02～0.1wt％，其余为镁及不可避免的杂质；并且，质量比Al和Bi元素的质量之和小于或等于合金总质量的10％。本发明合金的屈服强度360MPa左右，抗拉强度410MPa左右，延伸率15％以上；并且合金表现出较好的阻燃效果。

技术领域

本发明涉及金属材料和金属材料加工领域，特别涉及一种低成本高强韧变形镁合金及其制备方法；该新型镁合金可作为潜在的耐热镁合金及生物医用镁合金材料。

背景技术

镁合金是目前最轻的商用金属结构材料，具有比强度比刚度高，减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，可回收等优点，是继钢铁和铝合金之后发展起来的轻量化金属结构材料，在汽车、电子、电器、交通、航空航天等领域具有广阔的应用前景，被誉为本世纪的绿色工程材料。

但绝对强度较低，耐蚀性差等原因大大限制了镁及其合金作为新型绿色材料的应用。目前大量使用的商用AZ系镁合金和ZK系镁合金经变形后的强度也一般不超过350MPa，且变形加工能力有限，难以满足高性能结构材料等的加工和使用要求。因此，开发高强韧镁合金及相应的加工制备工艺对拓展镁合金的应用领域具有重要意义。

逐渐有一些高强镁合金被陆续开发出来，如专利1(专利公开号：CN104328320A)公开了一种高强度高塑性镁合金，其抗拉强度达到400MPa以上，屈服强度300MPa以上，延伸率8％左右，各组分质量百分含量为Ni：3.0～4.5wt％,Y：4.0-5.0％,Zr：0.01-0.1％，不可避免杂质元素≤0.15％，其余为镁。该合金具有较高的抗拉强度，但塑性中等，同时合金中含有大量的Y元素和Ni元素，极大提高了合金成本，难以大批量应用。专利2(专利公开号：CN103290292A)公开了一种高强镁合金，其屈服强度可以达到350～380MPa，抗拉强度为410～450MPa，延伸率在6％以上，各组分质量百分含量为Cd：1.0～15wt％，Bi：2.0～10.0wt％,Zn：5.0～13wt％,Y：7.0～15.0wt％，Zr：0.4～1.0wt％，Nb：0.1～5.0wt％，杂质元素Si、Fe、Cu、和Ni的总量小于0.02wt％，因合金元素种类较多且稀土含量高，不可避免增加合金成本，同时为保证混合均匀，需额外采用电磁搅拌连续铸造的方法制备合金锭坯料，变形后对合金进行热处理进一步提高了合金成本。专利3(专利公开号：CN101892445A)公开一种高强镁合金，其合金成分为Gd：6～13wt％,Y：2～6wt％，Zr：0.3～0.8wt％，其抗拉强度大于600MPa，屈服强度大于540MPa，延伸率大于1％，但其需要采用非常规大塑性变形方法，且需进行20～100h的等温时效处理，制备工艺过程对生产条件要求较高，且含有大量稀土元素，这些都直接或间接增加了合金成本。专利4(专利公开号：CN105132772A)公开了一种低成本非稀土型高强镁合金及其制备方法，该合金为Mg-Bi-Ca-Mn镁合金，其化学成分质量百分比为：Bi2～10.0wt％，Ca0.1～1.5wt％，Mn0.1～1.0wt％，其余为镁。其抗拉强度395-412.4MPa，屈服强度383-402.8MPa，延伸率约为6％，该合金具有较高的屈服强度，但合金塑性偏低，在应用方面受到局限。

由此可见，迫切需要开发出不含稀土或含有微量稀土的低成本高强韧镁合金材料，将极大地拓展镁合金在未来进一步的推广应用，具有重大的经济和社会意义。

发明内容