[发明专利]一种原位生成Al8

说明书

本发明基于异质形核及变质处理机理，通过调控钙和钆的含量，以通过首先生成的Al₈Mn₄Gd相来控制Al₂Ca相形核长大过程，成功开发出既适用于铸造也适合于变形工况的新型耐热高强Mg‑Al‑Ca镁合金。本发明的技术方案：将镁锭和所需加入的铝一起熔化，钆元素的加入要先于锰元素，加入镁钆中间合金引入钆，搅拌之后再加入铝‑锰或镁‑锰中间合金引入锰，进行除铁和硅杂质，再加入所需添加元素钙或镁钙中间合金引入钙，精炼处理，待静止保温后将将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后经挤压和轧制成薄板。

技术领域

本发明涉及一种原位生成Al₈Mn₄Gd相的Mg-Al-Ca镁合金改性设计及其制备方法

背景技术

镁合金是世界上最轻的金属结构材料，在汽车工业轻量化、低排放的竞 争领域中有着重要的应用价值和广泛的发展前景【Joost W J,Scripta Materialia, 2017,128:107-112.】。然而，镁合金的绝对强度较低，尤其是高温性能较差， 限制其在发动机和传动机构零部件方面的应用，然而这一类零部件对于汽车 整车减重来说起着举足轻重的作用^[4]。因此，高性能耐热镁合金的开发及对 其蠕变断裂机理方面的研究具有极强的应用前景和迫切需求【文丽华,轻合金 加工技术,2016,44(9):7-11】。

通过合金化开发新型耐热镁合金是重要的发展方向。Mg-Al系镁合金具有良好的铸造性能且价格低廉。通过添加稀土元素开发的镁合金，如Mg-Al- RE等AE系镁合金，其蠕变强度高且综合性能良好，可用于汽车动力系统部件^[8]。然而，AE系镁合金仅适合采用冷却速度较快的压铸法生产，这是因为较慢的冷却速度会导致粗大的Al₂RE化合物形成，从而降低镁合金的力学性能【Zhang J,Zhang M,Materials Science and Engineering A 2010,527:2527- 2537】。另一方面，由于稀土金属比较昂贵，AE系镁合金在汽车行业及动力系统领域的应用受到很大限制【Pan F,Journal of Materials Science and Technology,2016,32(12):1211-1221】。由此，人们寻找其他的元素通过添加碱土元素(Ca、Sr、Ba)来开发新型的耐热镁合金，来降低成本。其中，Ca 由于价格低廉，熔点较低，密度与Mg接近(约为1.55g/cm³)，作为镁合金添加元素越来越受到人们的关注【Amberger D,Acta Materialia,2012,60(5): 2277-2289】。在常规镁合金中添加Ca元素不仅可以提高镁合金的氧化燃烧温度，而且可以细化铸造组织，提高镁合金的常温力学性能以及高温抗蠕变性能。Elamami等研究了Ca/Al变化对Mg-Al-Ca合金中相的选择及性能的影响，结果表明，Mg-Al-Ca合金中当Ca/Al在0.6～0.9之间时，(Mg/Al)₂Ca相主要以C36及C14为主，而C15较少，在高温蠕变过程中对晶界滑移具有十分有效的阻碍作用,从而可显著提高镁合金的耐热性能；另一方面，(Mg/Al)₂Ca呈现粗大网状或板片状，严重降低强度及韧性，相比于含稀土耐热镁合金，性能存在较大不足【Elamami H A,Journal of Alloys and Compounds,2018,764:216-225】。