[发明专利]一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法

说明书

本发明公布了一种含轻稀土元素镧的高强度Mg‑Ca‑Mn‑Al‑Zn系变形镁合金及其制备方法，属于变形镁合金材料领域；其组分按质量百分比为：钙：0.10~1.50%；铝：0.10~1.8%；锌：0.10~1.9%；锰：0.10~4.8%；镧：0.20~3.00%；余量为镁和不可避免的杂质（Si、Ni、Cu等）；本发明提供的镁合金的制备方法为：先熔化纯镁铸锭，充分熔化后，再加入金属钙、锰、铝、锌、轻稀土镧等，充分搅拌之后浇铸成铸锭，随后进行铸锭的均匀化处理，经过反向挤压工艺挤压得出相应的挤压型材；通过熔炼、均匀化处理及后续挤压(反向挤压)工艺制备出了高强高塑性兼备的新型变形镁合金，其强度和韧性得到增强，有较好的力学性能。

技术领域

本发明属于镁合金材料领域，特别是涉及一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法。

背景技术

随着全球工业发展的不断加快，环境问题和资源短缺等问题愈发受到关注，节能降耗已经成为急需解决的问题。材料的轻量化可很大程度上节约成本并极大降低能耗，对提高能源使用率和保护环境有重要的意义。众所周知，镁及镁合金是至今为止工业和工程应用中最轻的结构材料，镁的密度仅有1.74g/cm³，只相当于铝的2/3，钢的1/4，具有较高的比强度和比刚度，尺寸稳定性高，阻尼减震性能较好，机械加工性能良好以及良好的导热性，并且利于回收再利用，因此在交通运输、电子产品以及航空航天等领域具有广阔的应用前景，被称为21世纪的“绿色工程材料”。但是，由于镁合金本身的强度比钢以及铝合金低，并且成型性和耐蚀性差，因此在工业方面的应用一直受到限制。提高镁合金强度的方法已经被大量研究，向镁基体中添加适当的合金元素，在热变形过程中通过强烈的析出强化以及细晶强化等效应，可显著提高镁合金强度。通过高含量重稀土元素的添加可以优化镁合金的力学性能，其中应用较多的是Gd和Y，其合金经变形及时效处理后合金的抗拉强度可以达到500MPa。可是，过多的添加重稀土元素也会影响镁合金轻质方面的优势。因此，需要其他合适的元素取代重稀土元素，来开发低成本高强变形镁合金。

近几年来有很多关于变形镁合金和Ca、Mn、Al、Zn及轻稀土元素La在镁合金中的作用的研究被广泛关注。本专利通过添加合金元素钙、锰、铝、锌、镧等以充分利用细晶强化、沉淀强化和弥散强化，以期开发出新型的成本低廉、高力学性能的变形镁合金。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法，制备出强韧兼备的变形镁合金。

一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，其组分按质量百分比为：钙：0.10~1.50%；铝：0.10~1.80%；锌：0.10~1.9%；锰：0.10~4.80%；镧：0.20~3.00%，余量为镁和不可避免的杂质（Si、Ni、Cu等）。其他根据该合金成分进行多元合金化改性的合金成分（如添加少量的Sn、Sr、Ba、Ti等），也被本专利所保护。

所述的含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，抗拉强度为：370~438MPa，屈服强度为：362~425MPa，延伸率为：4~13%。

一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法，具体包括如下步骤：

(1) 准备原料：按Mg-Ca-Mn-Al-Zn-La变形镁合金组分质量百分比称取所需原料；

(2) 铸锭熔炼：在保护气体保护下，将原料分两批次加入：第一批次：加入纯镁加热至740~780℃，充分搅拌并待其全部熔化；第二批次：加入纯钙、纯铝、纯锌、纯镧、纯锰或镁锰中间合金；充分搅拌3~6分钟，将熔液温度控制在700~750℃静置10~20分钟，清除表面的浮渣，浇铸至预热到200~350℃的铁模中，制得Mg-Ca-Mn-Al-Zn-La变形镁合金铸锭；