[发明专利]一种高强度高模量镁基多组元轻质合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强度高模量镁基多组元轻质合金及其制备方法，属于轻质多组元合金制备领域。本发明高强度高模量镁基多组元轻质合金，包括Mg、Al、Zn、Cu和Ce元素，原子摩尔百分比为：Al 4％～6％，Zn 4％～23％，Cu 3％～5％，Ce 0.4％～0.6％，其余为Mg和不可避免的杂质，杂质的总质量百分含量不大于0.10％；抗压强度为435MPa～640MPa，压缩断裂应变为4.6％～21.1％，模量为46GPa～65GPa，密度为2.13g/cm³～3.24g/cm³。本发明通过调控Zn元素的含量对合金基体实现过饱和固溶，同时增加第二相的种类和数量，使得合金具有高强度、高模量和塑性变形能力。

技术领域

本发明涉及一种高强度高模量镁基多组元轻质合金及其制备方法，属于轻质多组元合金制备领域。

背景技术

镁合金具有比重轻、比强度高、比刚度高、电磁屏蔽能力强、减振性能好、液态成型性能优越和易于回收利用等的绿色材料，能够在应用中实现极大的轻量化，获得最大的轻量化效益。但是纯镁的模量仅有44～45GPa，不到钢铁的1/5，仅有铝合金的0.62，远低于广泛应用的钢铁和铝合金，因此，提高镁合金的弹性模量是镁合金研究领域的重点之一。

但是，传统低合金化的镁合金对合金强度和弹性模量的提高也很有限，由于镁合金的弹性模量低，导致其抵抗弹性变形的能力不足，极大的限制了其在工程领域当中的应用。目前提高镁合金弹性模量的方法主要是通过合金化的方式来实现，比如，高模量镁合金，通过在镁合金中大量添加Y和Gd等稀土元素以及添加少量Zn、Ni、Al、Li、Zr和Ag元素，得到合金的弹性模量在52～55GPa之间；原位自生沉淀相增加的高强高模量镁合金，通过在镁合金添加Gd、Zn、Y、Si和Ti元素，生成了高模量的沉淀相，得到的弹性模量在52～57GPa。这些发明所述的合金，虽然能够有效的提高镁合金的弹性模量，但是所添加的合金元素成本昂贵。

高熵合金具有传统合金无法比拟的优异性能，如高强度、高硬度、高耐磨性等，具有极大的应用价值。在越来越追求轻量化设计的时代，轻质高熵合金也慢慢被提出来。

但是目前对于含镁高熵合金的研究还处于初步阶段，不同于传统的高熵合金，含镁高熵合金难以获得单一的固溶体相，而是形成复杂的相组织，大量的第二相割裂基体组织，虽然能够显著提高合金的强度，但是合金的脆性很大，难以实现工程上的应用。比如，轻质高强度耐蚀高熵合金及其制备方法，通过氩气保护的电阻炉熔炼制得的Al-Mg-Zn-Cu-Si高熵合金，密度为3.8g/cm³,室温下的抗压强度可达到760MPa，但是该合金几乎没有塑性变形，难以得到广泛的应用。

发明内容

针对现有含镁高熵合金难以获得单一的固溶体相，而是形成复杂的相组织，大量的第二相割裂基体组织，虽然能够显著提高合金的强度，但是合金的脆性很大，难以实现工程上的应用的问题，本发明提供一种高强度高模量镁基多组元轻质合金的制备方法，即通过调控Zn 元素的含量对合金基体实现过饱和固溶，同时增加第二相的种类和数量，使得合金具有高强度、高模量和塑性变形能力。

一种高强度高模量镁基多组元轻质合金，包括Mg、Al、Zn、Cu和Ce元素，原子摩尔百分比为：Al 4％～6％，Zn 4％～23％，Cu 3％～5％，Ce 0.4％～0.6％，其余为Mg和不可避免的杂质，杂质的总质量百分含量不大于0.10％；抗压强度为435MPa～640MPa，压缩断裂应变为4.6％～21.1％，模量为46GPa～65GPa，密度为2.13g/cm³～3.24g/cm³。

所述高强度高模量镁基多组元轻质合金的制备方法，具体步骤如下：

(1)按照原子摩尔百分比称量金属Mg、金属Al、金属Zn、金属Cu和Mg-30wt％Ce 中间合金；