[发明专利]一种高性能Mg-Al-Ca镁合金及其制备方法

说明书

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种高强度Mg‑Al‑Ca镁合金及其制备方法。所述高性能Mg‑Al‑Ca镁合金，按重量百分比计，包含以下的组分：Al 3.5～4.5wt％，Ca 1～4wt％，杂质小于0.15wt％，余量为Mg。其制备方法：通过混合熔炼、均匀化热处理和塑性变形工艺制备得到。本发明通过向Mg‑Al系合金中添加碱土元素Ca(钙)，并通过改变Mg‑Al‑Ca镁合金中Ca/Al比，调节α‑Mg基体中Laves相的数量及分布，从而提高合金的力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种镁合金及其制备方法，尤其涉及一种高强度Mg-Al-Ca镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是目前可工业应用最轻的金属结构材料，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。由于其具有高比强度、比刚度和良好的机械加工性能等优点，近年来越来越受到人们在轻量化生产上的重视。由于β相(Mg₁₇Al₁₂)在α-Mg基体中的不连续析出以及高温下β在枝晶间的粗化，Mg-Al系合金力学性能差。为了提高Mg-Al系合金的力学性能，通常可以向合金中添加稀土元素，然而，稀土元素价格昂贵，用稀土元素铸造镁合金难度大。

发明内容

为了解决现有技术中镁合金的力学性能偏低的缺陷，本发明在于提供一种高强度Mg-Al-Ca镁合金及其制备方法。本发明的Mg-Al-Ca镁合金具有良好的室温力学性能。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高性能Mg-Al-Ca镁合金，按重量百分比计，包含以下的组分：Al 3.5～4.5wt％，Ca 1～4wt％，杂质小于0.15wt％，余量为Mg。

优选地，所述Mg-Al-Ca镁合金中Ca和Al的质量比为0.1～1.1。

本发明还提供一种所述的高性能Mg-Al-Ca镁合金的制备方法，通过混合熔炼、均匀化热处理和塑性变形工艺制备得到，具体包括如下步骤：

1)配料：将纯Mg、Al及Mg-Ca中间合金按重量百分比配置，并去除氧化皮；

2)加料：将步骤1)配置好的原料全部置于熔炼装置中，封闭熔炼炉；

3)抽真空，通氩气：封闭熔炼炉之后抽真空至真空计示数为100Pa以下，然后通入氩气至炉内气氛为-30MPa；

4)二次抽真空，通氩气：继续抽真空至真空计示数为80Pa以下，然后通入氩气至炉内气氛为-30MPa；

抽真空，通氩气的操作主要是为了防止镁合金燃烧挥发，同时保证了安全实验；控制熔炼炉的真空度为-30MPa，能够有效的除氢及碱金属杂质，同时最大程度地保留了镁、铝等有效合金强化元素。本发明连续两次抽真空通氩气，可以有效提高熔炼炉里的氩气纯度，使熔炼的镁合金的性能较好。

5)熔炼：将二次通氩气后的熔炼炉先进行预热，然后再加热至原料全部熔化成合金液体；

6)铸造：将熔化后的合金液体静置，然后将熔体浇铸成铸锭；

7)均匀化处理：将步骤6)得到的铸锭于均匀化处理后水冷，得到合金锭；

8)塑性变形：将步骤7)所得合金锭进行塑性变形，得到高性能Mg-Al-Ca镁合金。

进一步地，步骤5)中所述预热为：先将熔炼炉的功率调至5kW，预热10min，然后将功率上调至10-15kW。

进一步地，步骤6)中所述浇铸时的功率为10kW。

进一步地，步骤7)中所述的均匀化处理的温度为400～420℃，保温时间为12～16小时。

进一步地，步骤8)中所述的塑性变形采用挤压、轧制或锻造方式进行。