一种镁合金及其制备方法

一种镁合金及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种镁合金，以镁合金的总质量为基准，所述镁合金含有以下组分：2.5-3.5wt%的Al，0.4-1.5wt%的Zn，0.15-0.5wt%的Mn，1-3wt%的In，0.2-1.4wt%的Sr，余量为镁。本发明还提供了该镁合金的制备方法。本发明的镁合金有很好的高温强度。
【专利说明】一种镁合金及其制备方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于镁合金领域领域，尤其涉及一种镁合金及其制备方法。

【背景技术】
[0002] 镁及镁合金是21世纪轻量化材料，镁合金因其具有比重轻，比强度和比刚度高， 阻尼性、导热性、切削加工性和铸造性好，另外还具有电磁屏蔽能力强、资源丰富和容易回 收等一系列优点，其开发和应用受到越来越多的关注，成为了"最年轻"的金属结构材料之 一。其应用在航空航天、汽车、交通运输等领域的结构件上，可以明显减轻重量、节省燃油消 耗。
[0003] 传统的镁合金的应用主要是以模铸、压铸等铸造工艺生产产品，但产品容易出现 晶粒粗大、组织疏松、成分偏析且力学性能偏低等缺陷，不能充分发挥镁合金的性能优势。 目前，国内外均十分重视变形镁合金的研究与开发，变形镁合金是指可用挤压、乳制、锻造 和冲压等塑性成形方法加工的镁合金，与铸造镁合金相比，变形镁合金的晶粒细小，无偏析 和微观孔洞，具有优良的综合性能。
[0004] 然而，目前的变形镁合金虽然塑性较好，但室温和高温强度较低和抗蠕变性偏低， 很难满足航空、航天、兵器和民用轿车领域对高强韧、高耐热性和高蠕变强度的轻质结构材 料的要求，因此开发一种高强度耐热镁合金具有极其重要的意义。


【发明内容】

[0005] 本发明为解决现有技术中的镁合金高温强度低的技术问题，提供一种高温强度高 镁合金及其制备方法。
[0006] 本发明提供了一种镁合金，以镁合金的总质量为基准，所述镁合金含有以下组分： 2. 5-3. 5 wt% 的 A1，0· 4-1. 5wt% 的 Zn，0· 15-0. 5wt% 的 Mn，l-3wt% 的 In，0· 2-1. 4wt% 的 Sr， 余量为镁。
[0007] 本发明还提供了一种镁合金制备方法，该方法包括以下步骤：将镁合金原料熔融 合金化得到镁合金熔液，然后进行成型，得到所述镁合金；所述镁合金原料包含：镁锭、铝 锭、锌锭、铟锭、铝锰中间合金锭和铝锶中间合金锭；所述镁合金中各组成元素的重量百分 比为：2. 5-3. 5 wt% 的 A1，0· 4-1. 5wt% 的 Zn，0· 15-0. 5wt% 的 Mn，l-3wt% 的 In，0· 2-1. 4wt% 的Sr，余量为镁。
[0008] 本发明通过添加金属元素铟与金属元素锶，形成了热稳定性很好的In2Sr颗粒相， 该相弥散分布于合金的晶内和晶界处，有效地强化了基体和晶界，从而使合金强度及耐热 性提1?。

【具体实施方式】
[0009] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明，并不用于限定本发明。
[0010] 本发明一种镁合金，以镁合金的总质量为基准，所述镁合金含有以下组分： 2. 5-3. 5 wt% 的 A1，0· 4-1. 5wt% 的 Zn，0· 15-0. 5wt% 的 Mn，l-3wt% 的 In，0· 2-1. 4wt% 的 Sr， 余量为镁。
[0011] 本发明通过添加金属元素铟与金属元素锶，形成了热稳定性很好的In2Sr颗粒相， 该相弥散分布于合金的晶内和晶界处，有效地强化了基体和晶界，从而使合金强度及耐热 性提高。金属元素铟与合金中的锰形成了高于基体熔点的InMn 3(910°C )颗粒相，使合金拉 伸时的晶界滑移受到有效抑制，从而使合金的耐热性得到提高。同时金属元素铟的添加还 有效地改变了 β (Mg17Al12)相的形态和晶粒尺寸，有效地提高了合金高温强度。金属元素 锶，不仅可以细化晶粒，同时与A1结合生成Al 4Sr耐热相，从而有效地提高强度及耐热性。
[0012] 根据本发明所提供的镁合金，为了获得高温性能更佳的变形镁合金，优选地，以镁 合金的总质量为基准，所述镁合金含有以下组分：2. 8-3. 2 wt%的A1，0. 8-1. 2wt%的Zn， 0· 25-0. 35wt% 的 Mn，1· 5-2. 5wt% 的 Ιη，0· 5-1. Owt% 的 Sr，余量为镁。
[0013] 优选地，所述镁合金还包括杂质，所述杂质元素为Fe、Cu、Ni中的至少一种。更优 选地，以所述镁合金的总质量为基准，Fe的含量不超过0.004 wt %，Cu的含量不超过0.004 wt %，Ni的含量不超过0· 002 wt %。
[0014] 本发明还提供了一种镁合金制备方法，该方法包括以下步骤：将镁合金原料熔融 合金化得到镁合金熔液，然后进行成型，得到所述镁合金；所述镁合金原料包含：镁锭、铝 锭、锌锭、铟锭、铝锰中间合金锭和铝锶中间合金锭；所述镁合金中各组成元素的重量百分 比为：2. 5-3. 5 wt% 的 A1，0· 4-1. 5wt% 的 Zn，0· 15-0. 5wt% 的 Mn，l-3wt% 的 In，0· 2-1. 4wt% 的Sr，余量为镁。
[0015] 根据本发明所提供的制备方法，为了去除原料中的水分，防止熔炼过程中，水与镁 反应产生爆炸。优选地，该方法还包括在熔融之前将镁锭、铝锭、锌锭、铟锭、铝锰中间合金 锭和铝锶中间合金锭进行烘干步骤。
[0016] 根据本发明所提供的制备方法，为了减少杂质的产品，优选地，所述熔融合金化步 骤为先将镁锭、铝锭、锌锭、铟锭全部熔化后，再加入铝锰中间合金和铝锶中间合金至全部 熔融。
[0017] 根据本发明所提供的制备方法，为了防止镁在熔融时燃烧，优选地，所述熔融合金 化步骤在气体和覆盖剂保护条件下进行；所述气体为SF6 ;所述覆盖剂为氯化钙或氯化钠。
[0018] 优选地，在熔融合金化之前，在原料中加入底熔剂，所述底熔剂的含量为镁合金总 质量的 1. 5-2. 5 wt%。
[0019] 本发明所提供的制备方法，所述成型方法没有特别的限制，可以是本领域常用的 各种成型方法，如锻造、挤压和轧制中的一种。
[0020] 本发明所提供的制备方法，为了减少杂质的产生，优选地，在熔融合金化之后成型 之前包括去除合金液中的杂质除杂步骤。更优选地，所述除杂步骤为在氩气包括下，在合金 液表面加入精炼剂，合金液合金化后静置除去杂质。
[0021] 本发明的镁合金的制备可采用目前常用的镁合金熔炼工艺，其中，熔炼工艺采用 现有的备料一熔化一精炼一浇注的步骤，现将本发明变形镁合金的制备方法的各步骤具体 详述如下： 步骤1、备料：1)原材料：准备好配方量的纯镁锭(纯度> 99. 9wt%)、纯铝锭(纯度 彡99. 9 wt%)、纯锌锭(纯度> 99. 9 wt%)、纯铟锭(纯度> 99. 9wt%)、铝锰中间合金锭与铝锶 中间合金锭。
[0022] 2)助熔剂：底熔剂、覆盖剂和精炼剂，均可采用现有的用于镁合金制备的底熔剂、 覆盖剂和精炼剂，例如：覆盖剂RJ-6、精炼剂RJ-5。
[0023] 步骤2、干燥：将准备的原料进行干燥处理，其中，1%、八1、211、111在1001：±101：温 度下烘干，而AIMn中间合金和Al-Sr中间合金在150°C ±10°C温度下烘干，烘干的作用是 为了去除原料中的水分，防止熔炼过程中，水与镁反应产生爆炸。
[0024] 步骤3、熔融合金化：在整个熔炼过程中，持续向坩埚中通入SF6气体进行保护， 先将坩埚预热至200-250°C，将称量好的镁锭、铝锭、锌锭、铟锭放入坩埚中并加入底熔剂加 热熔化，底熔剂的用量约占炉料质量的1. 5-2. 5 wt%，待镁锭、铝锭、锌锭、铟锭全部熔化后， 加入已称量好的铝锰中间合金和铝锶中间合金，继续加热，待合金充分熔化后，搅拌均匀， 制得镁合金中间熔液，整个熔化过程的时间控制在2-6H，且镁合金熔液的最终温度控制在 670-720°C。在整个熔化过程中不时均匀地撒入覆盖剂以防止燃烧，撒覆盖剂的一般原则 是：不使金属表面启燃，加入量尽量小，能够覆盖住熔液表面即可，覆盖剂的用量约占炉料 质量的0. 3-0. 5wt% ;因为镁的活性高，在空气中加热，易氧化烧损，且在熔融状态下，无覆 盖剂保护时，会剧烈的燃烧。因而整个熔炼过程需要在SF6气体保护下进行，并且需要撒入 覆盖剂。
[0025] 步骤4、精炼：向镁合金熔液中通入氩气进行保护，同时在镁合金熔液的表面均匀 撒入精炼剂进行精炼，并采用机械搅拌，精炼剂的用量约占炉料质量的1. 5-2. 5wt%，然后升 温，温度控制在720-730°C，时间控制在30-45min，使加入的金属在较高的温度下更好的合 金化；结束后静置降温，静置时间控制在10_30min，温度控制在660-680°C，使熔剂和夹杂 物沉降，使合金更加均匀化，得到镁合金熔体。
[0026] 步骤5、浇注：将精炼后的镁合金熔体注入模具中，成型后脱模，制得镁合金铸棒， 浇注的条件为：在660-680°C的温度下，并在保护气氛中进行，保护气氛通常为SF6、C02、 N2、S02或混合气体保护气氛。
[0027] 步骤6、挤压成型：根据挤压工艺的要求，先将镁合金铸棒进行10-12H的均匀化退 火处理，再将挤压模具预热至350-450°C的条件下，将镁合金铸棒置于挤压筒中，装好模具， 通过挤压机进行挤压，最后制得镁合金挤压棒材，其中，挤压温度控制在300-450°C，挤压比 控制在10 :1-100 :1，挤压速度控制在2m/min-10m/min。
[0028] 以下结合具体实施例，对本发明进行详细地说明。
[0029] 实施例1 步骤如下： 1、烘干：将准备好的原料：纯镁、纯铝、纯锌、纯铟(纯度均> 99. 9 wt%)、铝锶中间合金 和铝锰中间合金，进行烘干处理，其中1841、211、111在1001：温度下烘干，而4這11中间合金 和Al-Sr中间合金则在150°C温度下烘干。
[0030] 2、熔炼：在整个熔炼过程中，持续向电阻坩埚中通入SF6气体进行保护，先将电阻 坩埚预热至20(TC，在坩埚侧壁和底部撒上适量的精炼剂RJ-5和覆盖剂RJ-6,然后放入称 量好的 93. 6wt%Mg、2. 7%wtAl、1. lwt%Zn、1. 5wt%In 金属锭，继续加热，待 Mg、Al、Zn、In 金属 锭全部熔化后，在680°C的温度下加入已称量好锰含量为0. 3wt%的AIMn中间合金和锶含 量为0. 5wt%的Al-Sr中间合金并不时的均匀撒下覆盖剂RJ-6 ;待AIMn中间合金与Al-Sr 中间合金全部熔化后，搅拌均匀，同时保温5min ;加入精炼剂RJ-5进行精炼，在精炼的过程 中，精炼剂的加入量为炉料量的10%左右，加入后充分搅拌、静置5min，然后升温至720°C保 温30min，再降温680°C静置15min，最后浇入预热温度为250°C的铁模中，制得镁合金铸棒。
[0031] 3、挤压：根据挤压工艺要求，先将镁合金铸棒进行10-12H的均匀化退火处理， 并将挤压模具预热至400°C的条件下，在挤压机上进行挤压型材，其中挤压温度控制在 350°C，挤压比控制在10 :1，而挤压速度控制在3m/min，得到镁合金挤压棒材A1。
[0032] 实施例2 按照实施例1的方法制备镁合金挤压棒A2。区别在于，镁合金中锶的质量分数为 0. 80wt%〇
[0033] 实施例3 按照实施例1的方法制备镁合金挤压棒A3。区别在于，镁合金中锶的质量分数为 1. 0wt%〇
[0034] 实施例4 按照实施例1的方法制备镁合金挤压棒A4。区别在于，镁合金中铟的质量分数为 2. 0wt%〇
[0035] 实施例5 按照实施例1的方法制备镁合金挤压棒A5。区别在于，镁合金中铟的质量分数为 2. Owt%，而锶的质量分数为0. 8wt%。
[0036] 实施例6 按照实施例1的方法制备镁合金挤压棒A6。区别在于，镁合金中铟的质量分数为 2. Owt%，而锶的质量分数为1. Owt%。
[0037] 实施例7 按照实施例1的方法制备镁合金挤压棒A7。区别在于，镁合金中铟的质量分数为 2. 5wt%，而锶的质量分数为0· 5wt%。
[0038] 实施例8 按照实施例1的方法制备镁合金挤压棒A8。区别在于，镁合金中A1的质量分数为 3. 2wt%，Zn的质量分数为1. 2wt%，Mn的质量分数为0. 35wt%，铟的质量分数为2. 5wt%，而锶 的质量分数为〇. 8wt%。
[0039] 实施例9 按照实施例1的方法制备镁合金挤压棒A9。区别在于，镁合金中A1的质量分数为 2. 8wt%，Zn的质量分数为0. 8wt%，Mn的质量分数为0. 25wt%，铟的质量分数为2. 5wt%，而锶 的质量分数为1. 〇wt%。
[0040] 实施例10 按照实施例1的方法制备镁合金挤压棒A10。区别在于，镁合金中A1的质量分数为 2. 5wt%，Zn的质量分数为0. 4wt%，Mn的质量分数为0. 15wt%，铟的质量分数为lwt%，而锶的 质量分数为〇. 2wt%。
[0041] 实施例11 按照实施例1的方法制备镁合金挤压棒All。区别在于，镁合金中A1的质量分数为 3. 5wt%，Zn的质量分数为1. 5wt%，Μη的质量分数为0. 5wt%，铟的质量分数为3wt%，而锶的 质量分数为1. 4wt%。
[0042] 对比例1 按照实施例1的方法制备镁合金挤压棒CA1。区别在于，没有添加铟与锶。
[0043] 性能测试 1、化学成分、 将实施例制备的镁合金挤压棒A1-A9以及对比例1制备的镁合金挤压棒CA1进行化学 成分检测（ICP测试)，结果见表1。
[0044] 2、强度性能测试 将实施例制备的镁合金挤压棒A1-A9以及对比例1制备的镁合金挤压棒CA1分别在室 温、100°C、200°C和300°C的情况下进行屈服强度和抗拉强度测试(通过万能力学试验机测 试)，结果见表2。
[0045] 表 1

【权利要求】
1. 一种镁合金，其特征在于，以镁合金的总质量为基准，所述镁合金含有以下组分： 2. 5-3. 5 wt% 的 A1，0· 4-1. 5wt% 的 Zn，0· 15-0. 5wt% 的 Mn，l-3wt% 的 In，0· 2-1. 4wt% 的 Sr， 余量为镁。
2. 根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，以镁合金的总质量为基准，所述镁合金 含有以下组分：2. 8-3. 2 wt% 的 A1，0. 8-1. 2wt% 的 Ζη，0· 25-0. 35wt% 的 Mn，1. 5-2. 5wt% 的 Ιη，0· 5-1. Owt% 的 Sr，余量为镁。
3. 根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金还包括杂质，所述杂质元素 为Fe、Cu、Ni中的至少一种。
4. 根据权利要求3所述的镁合金，其特征在于，以所述镁合金的总质量为基准，Fe的 含量不超过〇. 004 wt %，Cu的含量不超过0. 004 wt %，Ni的含量不超过0. 002 wt %。
5. -种镁合金制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将镁合金原料熔融合金 化得到镁合金熔液，然后进行成型，得到所述镁合金；所述镁合金原料包含：镁锭、铝锭、锌 锭、铟锭、铝锰中间合金锭和铝锶中间合金锭；所述镁合金中各组成元素的重量百分比为 ： 2. 5-3. 5 wt% 的 A1，0· 4-1. 5wt% 的 Zn，0· 15-0. 5wt% 的 Mn，l-3wt% 的 In，0· 2-1. 4wt% 的 Sr， 余量为镁。
6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，该方法还包括在熔融之前将镁锭、铝 锭、锌锭、铟锭、铝锰中间合金锭和铝锶中间合金锭进行烘干步骤。
7. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述熔融合金化步骤为先将镁锭、铝 锭、锌锭、铟锭全部熔化后，再加入铝锰中间合金和铝锶中间合金至全部熔融。
8. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述熔融合金化步骤在气体和覆盖 剂保护条件下进行；所述气体为SF6 ;所述覆盖剂为氯化钙或氯化钠。
9. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在熔融合金化之前，在原料中加入底 熔剂，所述底熔剂的含量为镁合金总质量的1. 5-2. 5 wt%。
10. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述成型方法为锻造、挤压和轧制 中的一种。
11. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在熔融合金化之后成型之前包括去 除合金液中的杂质除杂步骤。
12. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述除杂步骤为在氩气包括下，在 合金液表面加入精炼剂，合金液合金化后静置除去杂质。
【文档编号】C22C1/03GK104109786SQ201310140235
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月22日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】李绍青 申请人:比亚迪股份有限公司