[发明专利]一种高模量镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高模量镁合金及其制备方法，所述镁合金包括以下重量百分含量的组分：Y：0~19.5 wt.%、Gd：0~13wt.%、Zn：0~2wt.%、Ni：0~3.0 wt.%、Al：4~6wt.%、Li：3~6 wt.%、Zr：0.3~0.6 wt.%，Ag：0~2wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质，杂质总量小于0.12 wt.%。在合金体系中，添加铝，锂元素，在凝固过程中生成平衡沉淀相AlLi相，该相可以极大提高合金的弹性模量；除该相之外，锆与铝反应生成Al₃Zr相，稀土元素Y和Gd在合金中生成大量第二相，这都在一定程度上提高了合金的弹性模量。并且通过固溶时效后，合金析出更多的沉淀相AlLi相，这促使合金的弹性模量被进一步提升，弹性模量高达52~55Gpa，能满足工程领域对轻质高模镁合金材料的需求，在航空航天领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，特别的涉及一种高模量镁合金及其制备方法。

背景技术

近年来，随着新一代航空航天材料对构件刚度的要求越来越高，发展高模量高性能合金已成为一大研究热点。镁合金是目前应用中最轻的金属结构材料，具有密度低，比强度和比刚度高等优点，被广泛应用于航空航天、电子、汽车、通讯等领域。然而由于镁合金弹性模量低（仅为40~45GPa），导致其在工程应用中抗弹性变形能力差，不能满足工程领域对轻质高模镁合金材料的需求，这极大地阻碍了镁合金在航空航天领域中应用的进一步发展。因此，研发高模量轻质镁合金已变得非常迫切。

近年来，Lu L, Thong KK, Wang Y, Ma BX et al.等人研究发现在镁合金中含有Mg₂Si（120GPa）粒子可以有效提升镁合金的弹性模量。X. M. Zhang等在性能较稳定的Mg-Gd-Y系合金中添加Si，生成的高模量Gd₅Si₃和YSi₂粒子在一定程度上提高了镁合金的弹性模量，但模量提升不明显，并且Si在铸造过程中不易添加。Ali Arslan Kaya等人研究的Mg-10Al-5Zn-2Sn-2Pb和Mg-2Y-1Pb镁合金的弹性模量也仅分别达到~45GPa和~52GPa。因此，需要研发其它体系轻质高模量镁合金以满足工程领域中多样化的需求。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高模量镁合金及其制备方法，解决现有镁合金弹性模量低，不能满足工程领域的需求。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种高模量镁合金，包括以下重量百分含量的组分：Y：0~19.5 wt.%、Gd：0~13wt.%、Zn：0~2wt.%、Ni：0~3.0 wt.%、Al：4~6wt.%、Li：3~6 wt. %.、Zr：0.3~0.6 wt.%，Ag：0~2wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质，杂质总量小于0.12 wt.%。

进一步，高模量镁合金包括以下重量百分含量的组分：Y：8~19.5 wt.%、Gd：0~13wt.%、Zn：0~2wt.%、Ni：0~3.0 wt.%、Al：4~6wt.%、Li：3~6 wt. %、Zr：0.3~0.6 wt.%，Ag：0~2wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质，杂质总量小于0.12 wt.%。高含量的稀土元素Y可以产生大量第二相，对弹性模量的提高具有一定的促进作用，但过多的稀土元素Y需要提高成本。

上述高模量镁合金的制备方法，包括依次进行真空熔炼和热处理两个步骤。

进一步，还包括机加工和时效处理，具体包括以下步骤：

1）真空熔炼：按上述高模量镁合金重量百分含量的组分进行计算配料，并将所述组分在含有氩气保护的电磁感应熔炉中熔炼，首先在4~6KW保温2~5min，然后升至14~18KW保温7~12min，待其全部熔化后，置于盐水中冷却后得到镁合金铸锭；