[发明专利]一种稀土镁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种稀土镁合金及其制备方法，属于金属材料技术领域。本发明所述的稀土合金通式为Mg‑Gd‑Nd，该稀土镁合金中各组分质量分数为：1％≤Gd≤3％，1％≤Nd≤3％，余量为Mg以及一些不可避免的杂质元素。本发明采用热挤压加工稀土镁合金，热挤压时的三向应力能够抑制裂纹的萌生进而保证镁合金被完整挤出，能够细化晶粒，使得内部组织更为均匀。利用本发明所述方法制备出的稀土镁合金有较弱的基面织构强度，较低的各向异性，在压缩过程中不易发生动态失稳，室温下有超过40％的塑性，极限强度达到280MPa，上述良好的综合力学性能使其广泛应用成为可能。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种稀土镁合金及其制备方法。

背景技术

近年来，国际社会对节能减排的要求越发严苛，作为“21世纪绿色工程结构材料”，镁合金因其密度低、比强度、比刚度高、阻尼减震性好以及电磁屏蔽性优良而在航空航天、汽车工业以及军事军工等领域具有较好的发展前景。

镁具有HCP结构，晶体对称性较差，a类滑移仅能提供4个独立滑移系，不足以满足多晶体进行均匀塑性变形所需的至少五个独立滑移系的要求，且a类滑移无法协调合金c轴方向的应变，因此镁合金室温下塑性变形能力较差，容易出现脆性断裂。除此之外，镁具有很高的化学活泼性，其平衡电位很低，与不同类金属接触时易发生电偶腐蚀，并充当阳极作用。在室温下，镁表面与空气中的氧发生反应，形成氧化镁薄膜，但由于氧化镁薄膜比较疏松，其致密系数仅为0.79，即镁氧化后生成氧化镁的体积缩小，因此耐蚀性很差。

细化晶粒对改善镁合金的微观组织和力学性能尤为重要，镁合金晶粒细化会使c+a滑移的临界切应力减小，c+a滑移的启动会大大提高合金塑性变形能力。而合金化是常用的细化晶粒的一种有效手段，稀土元素作为表面活化元素，在合金铸造过程中可以降低流体的表面张力，从而降低临界形核功，增加结晶核心数量，同时还可以增加合金过冷度，阻碍晶粒长大从而细化晶粒。

我国稀土资源丰富，开发具有优良性能的稀土镁合金具有巨大的优势。Gd是近年来广受关注的重稀土元素，在镁中有较大的固溶度，且固溶度随温度的降低而急剧下降，很容易形成过饱和固溶体，故Mg-Gd系合金具有较好的固溶强化和析出强化效应，一部分稀土元素固溶于镁合金基体中强化晶粒，增加位错滑移阻力，提高合金强度。另一部分和镁形成高温稳定的金属间化合物弥散分布于合金中，起到强化作用。另外，稀土元素的复合加入还能降低彼此在镁基体中的固溶度，并改变对方从镁基体中时效析出的动力学过程，增加强化效果，Nd作为一种轻稀土元素，能够在晶界处与O结合生成Nd₂O₃钝化膜，明显提高合金的耐腐蚀性，还能降低合金的密度和成本，改善合金的变形加工性能。

传统镁合金通常采用铸造工艺来制备，但镁合金的铸造性能较差，在镁合金的铸件生产中容易出现疏松，夹渣，裂纹，气孔等多种缺陷，并且较难消除。因此，如何解决稀土镁合铸造后产生的多种缺陷成为本发明的研究重点。

发明内容

针对现有镁合金塑性、耐腐蚀性等多种性能较差，以及铸造工艺会带来疏松，裂纹等多种缺陷的问题，本发明提供一种稀土镁合金及其制备方法，通过往Mg中添加稀土中间元素Gd、Nd来细化晶粒，提高稀土镁合金的塑性变形能力、强度、耐腐蚀性等性能，两者相互作用还能进一步改善合金的变形加工性能。另外，本发明在铸造后利用热挤压工艺抑制合金裂纹的产生，减小了变形抗力，提高了镁合金的塑性。

本发明采用的技术方案如下：

一种稀土镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)配料：选用Mg、镁稀土中间合金Mg-25wt％Gd、Mg-25wt％Nd为原材料，去除氧化皮后按各组分质量百分比对原材料进行计算、称量；其中，各组分质量百分比为1％≤Gd≤3％、1％≤Nd≤3％、Fe＜0.002％、Si＜0.005％，余量为Mg；