本发明涉及一种稀土镁合金及其制备方法，属于镁合金材料
技术领域：
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背景技术：
：在现有金属结构材料体系中，镁合金具有高的比强度和比刚度、优异的铸造性能以及高的阻尼抗振性能，易于回收利用，具有环保特性，有着非常广泛的应用前景，深受航空航天、电子通讯以及汽车工业等行业的青睐，成为目前极具潜力的金属结构材料之一。但是镁合金的应用受到以下因素的制约：一是镁合金的强韧性不够理想，限制了其广泛使用。二是镁合金非常易燃，由于金属镁较为活泼，故而镁合金在熔炼和加工过程中极易发生氧化燃烧，一般镁合金的熔炼都是在阻燃溶剂或者保护气氛下进行，镁合金的这种易于氧化燃烧的特点给合金的生产、加工和处理带来了非常大的困难，极大地阻碍了镁合金的广泛应用，获得理想的阻燃强韧镁合金一直是镁合金研究领域的一个重要课题。申请公布号为cn103146973a的发明专利公开了一种耐高温稀土镁合金，该镁合金通过添加稀土元素使得其具有较高的抗拉强度，但是其阻燃性较差，在实际应用中仍存在很多缺陷。技术实现要素：为了实现上述目的，本发明的目的在于提供一种稀土镁合金，该稀土镁合金在保证具有一定的高温抗拉强度的同时还具有很好的阻燃性。本发明的另一个目的在于提供一种上述稀土镁合金的制备方法。本发明的稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：2.0～2.5％sm，1.0～1.3％nd，1.0～1.5％al，1.3～1.5％sr，1.0～1.3％sb，余量为mg和不可避免的杂质。上述杂质元素元素为fe、cu和ni，fe、cu和n的质量百分比之和小于0.2％。上述稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：(1)将镁、铝、锶、锑、镁钐中间合金及镁钕中间合金分别单独预热；(2)将步骤(1)中预热后的镁、铝、锶、锑在co2与sf6混合气体氛围中熔化，在680～700℃时加入步骤(1)中预热后的镁钐中间合金及镁钕中间合金，保温8～15min，升温至720～730℃，保温3～5min，得合金浇铸液；(3)采用步骤(2)中的浇铸液浇铸，得铸态合金；(4)对步骤(3)中所得的铸态合金进行热处理，即得稀土镁合金。上述步骤(1)中所述的预热温度为150～200℃。上述保温8～15min后，除去表面浮渣。步骤(1)中镁、铝、锶、锑、镁钐中间合金及镁钕中间合金的质量比按上述稀土镁合金组分组成的质量分数进行配比。上述步骤(1)中镁钐中间合金中钐的质量为镁钐中间合金质量的25％，镁钕中间合金中钕的质量为镁钕中间合金质量的30％。上述步骤(3)中浇铸前对浇铸模具预热，模具预热温度为180～250℃。上述浇铸液降温至680℃时进行浇铸。上述步骤(4)中所述热处理是对铸态合金依次进行固溶处理和时效处理；所述固溶处理温度为415～430℃，处理时间为10～14小时；时效处理温度为200～250℃，处理时间为10～20小时。上述步骤(2)中是在刚玉坩埚、中频感应炉中进行。上述co2与sf6混合气体中co2与sf6的体积比例为：99:1。本发明的有益效果：本发明利用多组元微合金化的方法将提高镁合金的阻燃性能和力学性能有效结合起来。通过复合合金化后镁合金性能得到明显改善，燃点得到显著提高，最高可至781℃，室温和200℃的力学性能同样得到提高，最高的抗拉强度最高分别可至272mpa、204mpa。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。本发明具体实施方式中涉及到的原料纯镁、纯铝、纯锶、纯锑、镁钐中间合金及镁钕中间合金均为市售产品。实施例1本实施例中的稀土镁合金是由以下质量百分比的组分组成：2.0％sm，1.2％nd，1.3％al，1.4％sr，1.1％sb，余量为mg和不可避免的杂质，杂质元素为fe、cu和ni，fe、cu和ni的质量百分比之和小于0.2％。本实施例中上述稀土镁合金的制备方法如下：(1)将配方量的纯镁、纯铝、纯锶、纯锑以及镁钐中间合金、镁钕中间合金分别单独预热至150℃；(2)将步骤(1)中预热后的镁、铝、锶、锑加入至刚玉坩埚中，在co2与sf6混合气体氛围中，在中频感应炉中熔化，其中co2与sf6的体积比为99:1，在680℃时加入步骤(1)中预热后的镁钐中间合金及镁钕中间合金，保温8min，除去表面浮渣，升温至720，保温5min，得合金浇铸液；(3)将步骤(2)中的浇铸液冷却至680℃时浇铸，得铸态合金；浇铸模具采用钢制模具，浇铸前模具预热至180℃；(4)对步骤(3)中所得的铸态合金进行固溶处理，温度为415℃，时间为10小时，然后进行时效处理，处理温度为200℃，处理时间为10小时，即得稀土镁合金。实施例2本实施例中的稀土镁合金是由以下质量百分比的组分组成：2.2％sm，1.3％nd，1.0％al，1.5％sr，1.0％sb，余量为mg和不可避免的杂质，杂质元素为fe、cu和ni，fe、cu和ni的质量百分比之和小于0.2％。本实施例中上述稀土镁合金的制备方法如下：(1)将镁、铝、锶、锑、镁钐中间合金及镁钕中间合金分别单独预热至170℃；(2)将步骤(1)中预热后的镁、铝、锶、锑加入至刚玉坩埚中，在co2与sf6混合气体氛围中，在中频感应炉中熔化，其中co2与sf6的体积比为99:1，在690℃时加入步骤(1)中预热后的镁钐中间合金及镁钕中间合金，保温10min，除去表面浮渣，升温至720℃，保温5min，得合金浇铸液；(3)将步骤(2)中的浇铸液冷却至680℃时浇铸，得铸态合金；浇铸模具采用钢制模具，浇铸前模具预热至200℃；(4)对步骤(3)中所得的铸态合金进行固溶处理，温度为420℃，时间为12小时，然后进行时效处理，处理温度为220℃，处理时间为14小时，即得稀土镁合金。实施例3本实施例中的稀土镁合金是由以下质量百分比的组分组成：2.5％sm，1.3％nd，1.0％al，1.3％sr，1.2％sb，余量为mg和不可避免的杂质，杂质元素为fe、cu和ni，fe、cu和ni的质量百分比之和小于0.2％。本实施例中上述稀土镁合金的制备方法如下：(1)将镁、铝、锶、锑、镁钐中间合金及镁钕中间合金分别单独预热至180℃；(2)将步骤(1)中预热后的镁、铝、锶、锑加入至刚玉坩埚中，在co2与sf6混合气体氛围中，在中频感应炉中熔化，其中co2与sf6的体积比为99:1，在690℃时加入步骤(1)中预热后的镁钐中间合金及镁钕中间合金，保温13min，除去表面浮渣，升温至730℃，保温3min，得合金浇铸液；(3)将步骤(2)中的浇铸液冷却至680℃时浇铸，得铸态合金；浇铸模具采用钢制模具，浇铸前模具预热至200℃；(4)对步骤(3)中所得的铸态合金进行固溶处理，温度为425℃，时间为13小时，然后进行时效处理，处理温度为240℃，处理时间为17小时，即得稀土镁合金。实施例4本实施例中的稀土镁合金是由以下质量百分比的组分组成：2.5％sm，1.0％nd，1.5％al，1.5％sr，1.3％sb，余量为mg和不可避免的杂质，杂质元素为fe、cu和ni，fe、cu和ni的质量百分比之和小于0.2％。本实施例中上述稀土镁合金的制备方法如下：(1)将镁、铝、锶、锑、镁钐中间合金及镁钕中间合金分别单独预热至200℃；(2)将步骤(1)中预热后的镁、铝、锶、锑加入至刚玉坩埚中，在co2与sf6混合气体氛围中，在中频感应炉中熔化，其中co2与sf6的体积比为99:1，在700℃时加入步骤(1)中预热后的镁钐中间合金及镁钕中间合金，保温15min，除去表面浮渣，升温至730℃，保温3min，得合金浇铸液；(3)将步骤(2)中的浇铸液冷却至680℃时浇铸，得铸态合金；浇铸模具采用钢制模具，浇铸前模具预热至250℃；(4)对步骤(3)中所得的铸态合金进行固溶处理，温度为430℃，时间为14小时，然后进行时效处理，处理温度为250℃，处理时间为20小时，即得稀土镁合金。试验例将实施例1～4中的稀土镁合金进行抗拉强度和阻燃性测试，测试结果列于表1。表1实施例200℃抗拉强度室温抗拉强度燃点1194mpa261mpa775℃2189mpa259mpa764℃3204mpa272mpa781℃4202mpa268mpa777℃通过测试结果可以看出，本申请中的稀土镁合金在室温条件下的抗拉伸强度259mpa～272mpa，在200℃条件下的抗拉伸强度保持在189mpa～204mpa，说明本申请中的稀土镁合金具有极佳的力学性能和耐热性能，同时该合金同样具有良好的阻燃特性，其燃点在764℃～781℃范围内。另一发面，本申请中的稀土镁合金中的稀土元素添加量在3.0％～4.8％范围内，在保持优异力学性能和阻燃性能的基础上，低的稀土添加量控制了合金的制造成本，提高了其使用价值。本申请稀土镁合金中所添加的恰当比例的轻稀土元素sm和nd对镁合金析出相及显微组织的优化、力学性能和耐热性能的提高及阻燃特性的改善有重要的影响，轻稀土元素sm和nd在镁中的最大固溶度较小，轻稀土元素按恰当比例复合合金化能够最大化地发挥稀土元素的析出特性，析出相能改善合金的组织、力学及阻燃性能，同时充分利用不同元素(al、sr、sb)对稀土析出相(mg-re)形成、生长及分布的影响，mg-sm-nd合金中添加少量的al能够显著细化合金显微组织，形成al-re高强相，是提高镁合金耐热性能和阻燃性能的重要元素。sr和sb元素在镁中的溶解度极小，能够析出细小的mg-sr和mg-sb析出相，这两种相能够细化浇注过程中形成的mg-re和al-re析出相，使其分布更为细小弥散，保证了各组分之间互相协同改善性能作用。具体地使得稀土元素(sm、nd)，其他元素(al、sr、sb)的多组元合金化对镁合金相结构的合理析出、显微组织的优化、力学性能、耐热性能及阻燃性能的改善具有决定性的作用，使得其具有更好的综合性能，提高了其应用价值，具有良好的应用前景。当前第1页12