[发明专利]一种高钙高铝含量的高弹性模量镁基复合材料及制备方法

说明书

一种高钙高铝含量的高弹性模量镁基复合材料，所述镁基复合材料的组分以质量百分比计为：Ca：4.00～25.00％；Al：4.00～25.00％；Sr：0.00～3.00％；Nd：0.00～8.00％；Y：0.00～8.00％；Gd：0.00～8.00％；Er：0.00～8.00％，其余为Mg和杂质。制备方法包括如下步骤：(1)准备材料；(2)铸锭熔炼。本发明的有益效果是：1.与常规的镁铝钙系镁合金相比，本发明关注强度的同时，更着重关注材料的弹性模量，共晶组织相组成为α‑Mg及具有高模量的Mg₂Ca、Al₂Ca、(Mg,Al)₂Ca相，共晶组织含量较高，并可有效调控各相含量进一步调控材料整体模量。2.本发明采用普通铸造，工艺流程简单，通过调控成分来调控共晶组织形貌，制备兼备高弹性模量和高强度的镁基复合材料。

技术领域

本发明属于镁合金及镁基复合材料领域，尤其涉及一种高钙高铝含量的高弹性模量镁基复合材料及制备方法。

背景技术

近年来，能源危机、资源枯竭和环境恶化对航空航天，汽车工业的轻量化，节能减排和低碳环保提出了更高的要求。镁合金以其低密度、高比强度、高比刚度等优良特性，受到日益广泛的关注，成为近年来金属结构材料研究的一个重要方向。前期大部分相关研究工作集中于镁合金的强韧性研究：通过加入铝、钇等在镁中最大固溶度较大且随温度变化显著的合金元素来实现固溶强化和析出强化；通过加入锆、钆、银、硅等元素来细化晶粒，达到强韧性兼备的目的；通过调控凝固速率，加工工艺，热处理的工艺手段来调控合金组织。然而除了强韧性，镁合金的应用还应考虑的一个重要力学性能指标是弹性模量，尤其应用在承力件材料中。目前，Mg-RE系镁合金具有较高的强度，且当合金中含有长周期有序相(LPSO)时该体系合金可达到50GPa的弹性模量。但是，高含量的稀土元素不仅使合金成本显著增加，还增加镁合金的密度，这极大削弱了镁合金作为轻量化材料的优势。近年来，在镁合金中添加Ca、Sr等碱土金属元素替代稀土元素的研究取得了很好的效果，有望制备出兼顾强韧性的高弹性模量镁合金材料。

共晶组织是在钢铁材料中普遍存在的组织，典型的如珠光体。目前商用镁合金中所加入的合金元素一般不超过10％(质量百分比)，镁合金材料的强化设计思路也大部分模仿铝合金材料，采取微合金化及固溶—时效的热处理工艺取得高密度析出的细小第二相，例如Mg-Zn系合金中通过Ag、Ca、Zr等微合金化元素及固溶—时效的热处理工艺来调控析出相尺寸和形貌，然而关于大量的共晶组织甚至完全共晶组织的镁合金材料设计鲜有报道。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种高钙高铝含量的高弹性模量镁基复合材料及制备方法，选用廉价的低密度的非稀土元素，降低成本，得到高弹性模量镁基复合材料。

一种高钙高铝含量的高弹性模量镁基复合材料，其特征在于，所述镁基复合材料的组分以质量百分比计为：Ca：4.00～25.00％；Al：4.00～25.00％；Sr：0.00～3.00％；Nd：0.00～8.00％；Y：0.00～8.00％；Gd：0.00～8.00％；Er：0.00～8.00％，其余为Mg和杂质。

所述Sr为镁锶中间合金；Nd为镁钕中间合金；Y为镁钇中间合金。

所述Gd为镁钆中间合金；Er为镁铒中间合金。

所述一种高钙高铝含量的高弹性模量镁基复合材料，其中镁基复合材料的组分以质量百分比计为：Sr：0.50～3.00％。

所述一种高钙高铝含量的高弹性模量镁基复合材料，其中镁基复合材料的组分以质量百分比计为：Nd：1.00～8.00％。

所述一种高钙高铝含量的高弹性模量镁基复合材料，其中镁基复合材料的组分以质量百分比计为：Y：0.50～8.00％。

所述一种高钙高铝含量的高弹性模量镁基复合材料，其中镁基复合材料的组分以质量百分比计为：Gd：0.10～8.00％。