一种高强度镁合金及其制备方法与流程

本发明涉及镁合金，具体涉及一种高强度镁合金及其制备方法。

背景技术：

1、镁合金作为目前最轻质的商用金属工程结构材料，具有可回收利用、比重轻、比强度及比刚度高、阻尼性导热性好以及减震性好的一系列优异特性，广泛应用于通信、电子、汽车、化工、航空航天等领域，被誉为“21世纪绿色工程材料”。目前，镁合金零部件绝大部分是采用压铸成型。

2、压铸镁合金具有低密度、低熔点、低动力学黏度、低比热容、低相变潜热以及与铁的亲和力小等特点，使其具有熔化耗能少、充型速度快、凝固速度快、压铸周期短、模具使用寿命长等优势，极适合于采用压铸技术进行成型加工，直接制备出薄壁和近终形复杂形状的零部件。随着冶炼技术的提高和先进成形技术的出现以及制造成本的降低，压铸镁合金在汽车、电子、家电、通信、仪表等领域得到了广泛应用，尤其在汽车和通讯业上的应用尤为显著，并表现出强劲的发展势头。

3、常见用于镁合金压铸材料有az91d、am60b、as41和ae42等，其材料流动成型性能好，成型工艺窗口大，性价比高，已广泛用于镁合金压铸产品。但是，这些常见的镁合金的屈服强度仅在120～160mpa，不能满足目前日益强烈的镁合金零部件减重和轻量化设计开发的需求，尤其在手机中框支架、新能源汽车、户外大屏幕显示器支架以及航空领域等，都要求开发屈服强度＞200mpa的高强度镁合金，同时这个合金需要有较好的压铸性能，在压铸工艺条件下，能有较好的流动性和低的热裂倾向。

技术实现思路

1、为解决现有的镁合金存在屈服强度低、压铸性能差，且无法满足使用需求的问题，本发明提供了一种高强度镁合金。

2、本发明的目的还在于提供制备所述高强度镁合金的方法。

3、本发明的目的通过如下技术方案实现。

4、本发明的高强度镁合金，具体为压铸镁合金，由al、zn、re以及mg组成。其中，含有不可避免的杂质，所述不可避免的杂质包括fe、cu、si。

5、作为优选的实施方案，本发明的高强度镁合金由al、zn、re以及mg共四种元素组成，按质量百分比计，包括如下组分：

6、al 4.0～8.0％，zn 6.0～8.0％，re 2.0～5.0％，余量为mg和不可避免的杂质，所述re为la和ce中的一种或两种；其中，zn与al的质量比为1<zn/al<1.5，al与re的质量比为al/re>1.5。

7、作为更优选的实施方案，本发明的高强度镁合金中，re为la。

8、作为更优选的实施方案，本发明的高强度镁合金按质量百分比计，包括如下组分：al 6.0～8.0％，zn 6.0～8.0％，re 2.0～5.0％，余量为mg和不可避免的杂质，所述re为la和ce中的一种或两种；其中，zn与al的质量比为1<zn/al<1.5，al与re的质量比为al/re>1.5。

9、作为更优选的实施方案，本发明的高强度镁合金按质量百分比计，包括如下组分：al 6.0～8.0％，zn 6.0～8.0％，re 3.0～4.0％，余量为mg和不可避免的杂质，所述re为la和ce中的一种或两种；其中，zn与al的质量比为1<zn/al<1.5，al与re的质量比为al/re>1.5。

10、作为更优选的实施方案，本发明的高强度镁合金按质量百分比计，包括如下组分：al 4.0％，zn 6.0％，re 4.0％，余量为mg和不可避免的杂质；所述re为la和ce。

11、作为更优选的实施方案，本发明的高强度镁合金质量百分比计，包括如下组分：al6.5％，zn 8.0％，re 2.0％，余量为mg和不可避免的杂质；所述re为la和ce。

12、作为更优选的实施方案，本发明的高强度镁合金按质量百分比计，包括如下组分：al 8.0％，zn 7.0％，re 5.0％，余量为mg和不可避免的杂质；所述re为la和ce。

13、作为更优选的实施方案，本发明的高强度镁合金按质量百分比计，包括如下组分：al 8.0％，zn 7.0％，re 2.0％，余量为mg和不可避免的杂质；所述re为la和ce。

14、作为更优选的实施方案，上述任一项所述的高强度镁合金中，所述re为la和ce，且la与ce的质量比为1:1.2。

15、本发明还提供了制备上述任一项所述的高强度镁合金的方法，具体包括如下步骤：

16、s1、按所述质量百分比，取mg原料、al原料、zn原料以及re原料，预热；

17、s2、在保护气气氛下，将预热后的mg原料升温熔化；

18、s3、升温至700℃-720℃，依次加入al原料、zn原料；继续升温至750℃-760℃，投入re原料，充分熔化，搅拌混合均匀，扒渣，得到混合熔体；

19、s4、搅拌5～8分钟，静置，降温至610℃-630℃并保持3分钟以上；

20、s5、混合熔体在610℃-630℃时压铸，进行时效处理，获得所述高强度镁合金。

21、优选的，所述mg原料、al原料、zn原料以及re原料的原料选取中，所述mg原料为纯镁锭，而所述al原料、zn原料以及re原料可选用中间合金。

22、更优选的，所述al原料为mg-al中间合金；和/或，所述zn原料为mg-zn中间合金；和/或，所述re原料为mg-re中间合金。

23、优选的，所述保护气味co2+sf6保护气。

24、优选的，s1中，所述预热为225±3℃下预热35分钟。

25、优选的，s4中，所述静置为保温静置或降温静置；所述静置的时间为20分钟。

26、优选的，s4中，通入氩气进行保护，再进行机械搅拌。

27、优选的，s5中，所述时效处理的温度为90±2℃，时间为320h。

28、本发明的镁合金中，高zn和高al保证合金熔体具有优异的铸造性能，是实施低温压铸的关键。zn/al的比例限制是保证合金的第二相调控，mg-zn-al系合金的第二相与zn/al比例密切相关，在1<zn/al<1.5这个比例范围内，采用610℃-630℃低温压铸可以保证合金中形成的mg-zn-al相基本上是准晶相，从而具有很好的强化效果。al/re比例为al/re>1.5以及re选择la和ce限定了al-re相的晶体结构，保证在合金中形成结构稳定的al11re3相，避免高形成温度的高熔点al2re相在熔体中形成并沉入炉底，损失稀土相的强化效果，也避免了粗大第二相的形成，损失合金力学性能。

29、与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

30、本发明的镁合金采用al、zn、re以及mg配伍组成，相对于传统的镁合金具有更高的屈服强度并同时兼顾高的抗拉强度，屈服强度达到188mpa以上，抗拉强度达到224mpa以上。

31、本发明的制备方法基于所述高强度镁合金的配伍组成，并在镁合金完成压铸后，对镁合金进行时效处理，使屈服强度和抗拉强度具有更显著的提高，其中，屈服强度达到215mpa以上，比传统的镁合金的屈服强度至少高出34.4％，可有效满足强烈的镁合金零部件减重和轻量化设计开发的需求。