专利名称：一种高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及,M^^lJ皿术，具体为一种高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金及其制备 方法。
背景技术：
g金具有高的比强度和比冈唬，尺寸稳定性高，减振性能、导热性能、铸造性能和可切削加工性能良好，是目前:oiLh应用最轻的金属结构材料和特殊用 途的功能材料，f給金可以回收利用，对环境友好，因此又誉为21世纪的绿色工 禾M^属结构材料。^金的开发和应用始于20世纪20年代，发M3I度较钢和铝合金缓慢，其 原因首先是镁的氧化膜不致密，耐腐蚀性能不及铝合金。镁的晶体结构为密排六 方，塑性加工较困难。与铝合金相比，齢金的研究和发展还很不充分，f鈴金 的应用也还很有限。目前，齢金的产量只有铝合金的1%。镁合金作为结构应 用的最大用途是铸件，其中90%以上是压铸件。然而，齢金在平衡或接近平衡 的常规凝固割牛下，^^1组织汲性能存在着许多缺点，如晶粒及沉淀相粗大，元 素偏析严重，因而强度、塑性较低，耐腐蚀性能较差等，这限制了镁合金的工业 化应用。近年来，各国学者对齢金材料进行了深入研究，特别是在如何改善力学性 能方面做了大量的工作。目前，改善齢金力学鹏鹏途径主要有形变硬化、晶 粒细化、合金化、热处理、齢金与陶瓷相复合等多种方法。我国具有丰富的镁资源，但由于对^^誠u备技术掌握不够，现在多以原材 料的形式出口，损失较大。因此研究开发g金，特备是高强度高塑性的镁合金及其制备工艺具有重要意义。发明内容本发明的目的在于^fj共一种高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金及其制备方法，该方法 工艺成本低且简便易行，获得的镁合金具有较高压縮强度和塑性。本发明的技术方案是-本发明提供了一种高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金，镁合金组织由初晶oc-Mg和第 二相Mg!2Ce组成，其中，初晶a-Mg所占的体积分数为40-60%,第二相MguCe 组所占的体积分数为40-60%，该合金的初晶oc-Mg晶粒粒径为10-40pm，第二相 Mgt2Ce相粒子均匀、弥散分布，二次枝晶间距为6-9,;其中，按原子百分比计， 基体为初晶ot-Mg，包含96-99XMg、 0.6-2.5%Ce和0-1.5%Ag， Ce、 Ag以固溶 的形式存在于基体中；第二相Mg12Ce均匀的分布在基体上，包含90.0-93.0XMg、 4.0^6.0%Ce、 0.5-2.0。/^Ag和2.0~4.0%Zn， Zn、 Ag以固溶的形式存在于第二相 MguCe中)。本发明高强度Mg-Zn-Ce-Ag f給金强化基理是由于快速凝固使合金晶粒细 化，细晶强化在本合金中起到了主要作用，另外，也不能忽视基体中合金元素(Ce、 Ag)弓胞了固溶强化作用以及第二相Mg12Ce均匀的分布弓胞了沉淀强化作用。所制备的快速凝固Mg-Zn-Ce-Ag合金力学性能指标如下压縮屈服强度oa2=260-290 MPa;压缩断裂强度cif=420-500MPa;压縮塑性应变8p=6.5%-ll%。所述的制备高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金的方法，采用铜模浇铸来制备快速凝固 Mg-Zn-Ce-Ag合金样品，散金晶粒得妾踟化，由于晶粒细化和第二相粒子的沉 淀强化，使得Mg-Zn-Ce-Ag合金的强度得以提高。铜模浇铸具体工艺参 口下 真空度10" 10-3pa，鹏50(K700。C，糊速度10 102K/s。本发明具有的优点1、 本发明采用了 Mg-Zn-Ce-Ag合金，无需通过形变硬化来改善镁合金的力 学性能，而是通过铜模浇铸来增大冷却速率，使晶粒得到细化以获得高强度 Mg-Zn-Ce-Ag合金，工艺成本低且简便易行。2、 本发明涉及镁合金为镁稀土系合金体系，其成分为Mg-l%Zn-2%Ce-l%Ag (原子百分比)，采用铜模浇铸的方法制备。铜模浇铸工艺的快速冷却使合金的晶粒细化，第二相均匀、弥散分布，从而使该镁合金具有高的压縮强度和塑性。本 发明开发了一种制备高压縮强度Mg-Zn-Ce-Ag合金的新方法，拓展了镁合金材料 的应用领域。
图1为铜模冷却Mg-Zn-Ce-Ag合金的X-射线谱。图2为铜模7賴卩Mg-Zn-Ce-Ag合金的光学照片。图3为铜模冷去卩Mg-Zn-Ce-Ag合金的压縮应力应变曲线。具体实駄式以下通过实施例详述本发明。Mg-Zn-Ce-Ag合金成分包括96%Mg， l°/。Zn， 2°/。Ce， l%Ag (原子百分比)。本发明Mg-Zn-Ce-Ag合金冶炼方法为常规技术，本实施例fl^金采用真空熔 炼，具体工艺参数有真空度10"~10'3Pa，加热鹏700 850。C。将获得的合金 液^S真空度10-2pa、 ，700。C左右，通过铜模浇铸来增大冷却速率(7转卩速 率100K/s)，使晶粒得到细化，以获得高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金。镁合金组织由 初晶a-Mg和第二相Mg12Ce组成，本实施例中，初晶a-Mg所占的体积分数为 40-60%，第二相MgnCe所占的体积分数为40-60%，该合金的初晶a-Mg晶粒粒 径为10-40,，第二相MguCe粒子均匀、弥散分布，二次枝晶间距为6-9,，结 果见图2。其中，按原子百分比计，基体为初晶a-Mg，包含96.48-98.43%Mg、 0.95-2.08XCe和0.62-1.44。"Ag， Ce、 Ag固溶于Mg基体中；第二相MguCe均 匀的分布在基体上，包含91.0画91.5XMg、 4.0~4.9%Ce、 0.85-1.75XAg和2.25-3.25 %Zn， Zn、 Ag固溶在第二相MguCe中。图1为铜模冷却Mg-Zn-Ce-Ag合金的X-射线谱。经X射线衍射分析可知， 图1中该合金包括a-Mg、 Mg12Ce相两相。图2为铜模^i卩Mg-Zn-Ce-Ag合金的光学照片。图2给出了其典型的组织 第二相MguCe数量较多，且大多连成网络状结构，并多呈细小的菊花晶形态。图3为铜模7转卩Mg-Zn-Ce-Ag合金的压缩应力与应变曲线。由于晶粒细化和第二相粒子的沉淀强化，使得Mg-Zn-Ce-Ag合金的强度得以 提高，该合金具有较高的压縮强度，其性能指标如下压縮屈服强度 .2=285MPa; 压缩断裂强度crf=480MPa;压縮塑性应变Sp=10.5 %。相关比较例1Mg-Zn-Ce-Ag合金冶炼方法具体工艺参数同上，铸造过程是采用镁合金液， 浇注温度为70(TC左右，内浇口速度为0.5nVs。性能指标如下压縮屈服强度cjofDOMPa;压縮断裂强度dfz275MPa;压縮塑性应变8^8.5%。实施例2与实施例1不同之处在于-.将齢金液條真空度10"Pa、温度700°C左右，通过铜模浇铸来增大冷却 速率(冷却速率50K/s)，使晶粒得到细化，以获得高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金。本 实施例中，初晶oc-Mg所占的体积分数为40-60%,第二相Mg12Ce相所占的体积 分数为40-60%,该合金的初晶ct-Mg晶粒粒径为10-40pm，第二相MguCe相粒 子均匀、弥散分布，二次枝晶间距为6-9pm。其中，按原子百分比计，基体为初 晶a-Mg，包含97.3-98.5 %Mg、 1.0-2.3 %Ce和0.4-0.6 %Ag， Ce、 Ag固溶于Mg 基体中；第二相MguCe均匀的分^E基体上，包含91,5-92^Mg、 4.5-5.0%Ce、 0.65-0.85XAg和2.4-3.0%Zn， Zn、 Ag固溶在第二相Mg12Ce中。由于晶粒细化和第二相粒子的沉淀强化，使Mg-Zn-Ce-Ag合金的强度提高， 该合金具有较高的压縮强度，其性能指标如下压縮屈服强度(％2=265MPa;压 縮断裂强度cJf^440MPa;压縮塑性应变8^10.5%。实施例3与实施例1不同之处在于将镁合金液條真空度10'3pa、鹏600。C左右，通过铜模浇铸来增大糊 速率(J^口速率100K/s)，使晶粒得到细化，以获得高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金。 本实施例中，初晶a-Mg所占的体积分数为40-60%，第二相Mg12Ce相所占的体 积分数为40-60%，该合金的初晶oc-Mg晶粒粒径为10-40,，第二相Mg12Ce相 粒子均匀、弥散分布，二次枝晶间距为6-9pm。其中，按原子百分比计，基体为 初晶a-Mg，包含97.5-98.5 %Mg、 1.0-2.0 %Ce禾口 0.45-0.6%Ag， Ce、 Ag固溶于 Mg基体中；第二相Mg12Ce均匀的分布在基体上，包含91，5-92.5^Mg、 4.5-5.0 %Ce、 0.70-0.85%八§和2.2-3.2%211， Zn、 Ag固溶在第二相Mg12Ce中。由于晶粒细化和第二相粒子的沉淀强化，使Mg-Zn-Ce-Ag合金的强度提高， 该合金具有较高的压縮强度，其性能指标如下压縮屈服强度cj。.2=270MPa;压 縮断裂强度af470MPa;压縮塑性应变 =9%0实施例4与实施例l不同之处在于将,1^金液 真空度10,^皿500。C左右，通过铜模浇,增大冷却速 率(冷却速率30K/s)，使晶粒得到细化，以获得高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金。本实 施例中，初晶a-Mg所占的体积分数为40-60。/。，第二相Mg^Ce相所占的体积分数 为40-60%，该合金的初晶a-Mg晶粒粒径为10-40jom，第二相MguCe相粒子均匀、 弥散分布，二次枝晶间距为6-9iam。其中，按原子百分比计，基体为初晶a-Mg， 包^97.5-99.0XMg和1.0-2.5XCe， Ce、 Ag固溶于Mg基体中；第二相Mg。Ce均匀 的分布在基体上，包含90,5-92.0^Mg、 4.6-5.8%Ce、 0.58隱0邻^Ag和2.63-3.46X Zn， Zn、 Ag固溶在第二相Mg。Ce中。由于晶粒细化和第二相粒子的沉淀强化，使Mg-Zn-Ce-Ag合金的强度提高， 该合金具有较高的压縮强度，其性能指标如下压縮屈服强度CJ。f260MPa;压缩 断裂强度c7f^425MPa;压縮塑性应变^=7%。
权利要求
1. 一种高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金，其特征在于镁合金组织由初晶α-Mg和第二相Mg12Ce组成，其中，初晶α-Mg所占的体积分数为40-60％，第二相Mg12Ce所占的体积分数为40-60％，该合金的初晶α-Mg晶粒粒径为10-40μm，第二相Mg12Ce粒子均匀、弥散分布，二次枝晶间距为6-9μm。
2、 按照权利要求1所述的高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金，其特征在于按原子 百分比计，基体为初晶a-Mg，包含96-99XMg、 0.6-2.5%Ce和0-1.5。z^Ag;第二 相MguCe均匀的分布在基体上，包含90.0-93.0XMg、 4.0-6.0%Ce、 0.5-2.0%Ag 和2.0-4.0 %Zn。
3、 按照权利要求1所述的高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金的制备方法，其特征在 于采用铜模浇铸来制备快速凝固Mg-Zn-Ce-Ag合金样品，使g金晶粒细化， 第二相粒子沉淀强化，使Mg-Zn-Ce-Ag合金的强度提高。
4、 按照权利要求3所述的高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金的制备方法，其特征在 于铜t麟铸具体工艺参辦n下真空度10" 10-3pa，温度500~700°C，冷却速度 l(M02K/s。
5、 按照权利要求3所述的高强度Mg-Zn-Ce-Ag合金的制备方法，其特征在 于所制备^^金力学性能指标如下压縮屈服强度cia2=260-290 MPa;压缩断裂 强度cj一20-500MPa;压縮塑性应变Sp=6.50/"1%。
全文摘要
本发明涉及镁合金制备技术，具体为一种高强度Mg-Zn-Ce-Ag镁合金及其制备方法。该合金为镁稀土系合金体系，其成分为Mg-1％Zn-2％Ce-1％Ag(原子百分比)，该合金的初晶α-Mg晶粒粒径为10-40μm，第二相Mg<sub>12</sub>Ce粒子均匀、弥散分布，二次枝晶间距为6-9μm。本发明镁合金采用铜模浇铸的方法制备，铜模浇铸工艺的快速冷却使合金的晶粒细化，第二相均匀、弥散分布，从而使该镁合金具有高的压缩强度和塑性。本发明开发了一种制备高压缩强度Mg-Zn-Ce-Ag合金的新方法，拓展了镁合金材料的应用领域。
文档编号B22D27/00GK101280379SQ20071001086
公开日2008年10月8日 申请日期2007年4月6日 优先权日2007年4月6日
发明者正 刘, 张海峰, 宏 李, 王爱民, 胡壮麒, 静 蔡 申请人:中国科学院金属研究所