一种非晶合金改性的镁铝锌合金及其制备方法与流程

本发明涉及新材料，更具体地说，涉及一种非晶合金改性的镁铝锌合金及其制备方法。

背景技术：

1、镁合金是以镁为基础添加其他元素组成的合金。其特点是：密度小(1.8g/cm3左右)，强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。

2、镁铝锌系合金是工业生产中应用最早，使用也是最广泛的高强韧的镁合金，加工成板、棒、型材和锻件，属于该系的合金牌号有az31、az61、az80、az91等。mgalzn系合金的主要特点是强度较高，能够进行热处理强化，并有良好的铸造性能，缺点是屈服强度不高和耐热性不佳。

3、cn 113493876b公开了一种铁基非晶改性镁合金表面的方法，通过这种方法制备的fecrmobc非晶颗粒增强的不同镁合金表面复合材料中，fecrmobc非晶颗粒均良好地分散在镁合金基体内，并与镁合金基体结合良好，性能稳定。这种铁基非晶改性镁合金表面的方法得到的镁合金的塑性和加工性能得到了改善。但是因为能够分散的铁基非晶合金的比例较少，且试验验证，铁基非晶合金的熔融分散效果较差，对镁合金的强度和硬度等力学性能的改善并不显著。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中的普通镁合金的复合性能不够优异的技术问题，通过研究添加不同组分的稀土元素，并通过添加锆基非晶合金进行改性，改良镁合金的复合性能，得到一种非晶合金改性的镁铝锌合金。

2、本领域的技术人员知道，晶粒细化是提高高强韧的镁合金复合性能、改善镁合金成型性能的主要途径之一。因为根据hall-patch通式：σy＝σ0+kd～1/2，式中σy为材料的屈服强度，σ0为单晶体的屈服强度，d为晶粒尺寸，k为常数。由上式推测，晶粒越细，枝晶间距越小，屈服强度越高，同时硬度也越好。此外，晶粒细化能够降低显微缩松、热裂倾向、提高耐腐蚀性以及产品的加工性能，均匀细小的等轴晶也是实现镁合金超塑性的关键。目前镁合金晶粒细化的途径中比较可行的是熔铸过程中的晶粒细化。在熔铸过程中的晶粒细化，是在浇铸前，通过在镁合金熔体中添加适量的改性剂或金属元素使晶粒细化，提高和改善合金的加工性能。

3、本发明在研究镁合金熔体的晶粒细化的过程中，试验验证在镁合金熔体中添加某些类型的非晶合金相较于金属元素，能够更好地提升镁合金的复合性能，在此基础上，研究通过研究添加不同类型和组分的非晶合金元素，对镁合金进行改性，得到具有高强度和韧性的非晶合金化的镁铝锌合金。

4、据此，本发明提供了一种非晶合金改性的镁铝锌合金，所述非晶合金改性的镁铝锌合金包含第一组分和第二组分，以重量百分比计算，所述第一组分的重量百分比为82～90％，所述第二组分的重量百分比为10％～18％；其中，第一组分为镁铝锌合金，以100重量份的镁铝锌合金为基础，镁铝锌合金中各组分的含量：铝：7.25～8.48重量份；锌：1.35～1.58重量份；稀土元素1.80～2.50重量份；余量为镁；第二组分为锆基非晶合金，锆基非晶合金的组成如下通式所示：zraalbcucnidmenf，其中，m为sc、y、la、ce中的一种或几种，n为ⅷ族元素中的一种或几种，30≤a≤60，10≤b≤30，10≤c≤20，10≤d≤20，0≤e≤20，0≤f≤10，且a+b+c+d+e+f＝100，a、b、c、d、e、f为摩尔百分数。

5、在所述的非晶合金改性的镁铝锌合金中，优选地，所述稀土元素为镧系元素，重量百分比为2.15～2.50重量份。

6、在所述的非晶合金改性的镁铝锌合金中，优选地，所述稀土元素为la、pr、nd中的一种或几种。

7、在所述的非晶合金改性的镁铝锌合金中，优选地，所述锆基非晶合金的组成如下通式所示：zraalbcucnidmenf，其中，m为y、la、ce中的一种或几种，n为fe、co中的一种或几种，n为40≤a≤50，20≤b≤30，10≤c≤15，10≤d≤20，5≤e≤15，5≤f≤10，且a+b+c+d+e+f＝100，a、b、c、d、e、f为摩尔百分数。

8、在所述的非晶合金改性的镁铝锌合金中，优选地，以重量百分比计算，所述第一组分的重量百分比为82～85％，所述第二组分的重量百分比为12～15％。

9、本发明还提供了上述非晶合金改性的镁铝锌合金的制备方法，包括以下步骤：

10、步骤1、将非晶合金原料在保护气体的环境中，进行熔融并冷却成型，制得非晶合金粉体，所述非晶合金原料的添加量满足如下通式所示的组成比例：zraalbcucnidmenf，其中，m为sc、y、la、ce中的一种或几种，n为ⅷ族元素中的一种或几种，30≤a≤60，10≤b≤30，10≤c≤20，10≤d≤20，0≤e≤20，0≤f≤10，且a+b+c+d+e+f＝100，a、b、c、d、e、f为摩尔百分数；

11、步骤2、将非晶合金粉体作为第二组分，将铸造镁铝锌合金的原料作为第一组分，以重量百分比计算，所述第二组分的重量百分比为10％～18％，所述第一组分的重量百分比为82～90％；以100重量份的镁铝锌合金为基础，镁铝锌合金中各组分的含量：铝：7.25～8.48重量份；锌：1.35～1.58重量份；稀土元素1.80～2.50重量份；余量为镁；将镁铝锌合金原料进行熔融，在熔融的过程中添加非晶合金粉体，再进行精炼、浇铸制得所述非晶合金改性的镁铝锌合金。

12、在所述的非晶合金改性的镁铝锌合金的制备方法中，优选地，所述锆基非晶合金的组成如下通式所示：zraalbcucnidmenf，其中，m为y、la、ce中的一种或几种，n为fe、co中的一种或几种，n为40≤a≤50，20≤b≤30，10≤c≤15，10≤d≤20，5≤e≤15，5≤f≤10，且a+b+c+d+e+f＝100，a、b、c、d、e、f为摩尔百分数；所述稀土元素为la、pr、nd中的一种或几种。

13、在所述的非晶合金改性的镁铝锌合金的制备方法中，优选地，所述稀土元素为镧系元素，重量百分比为2.15～2.50重量份。

14、在所述的非晶合金改性的镁铝锌合金的制备方法中，优选地，所述稀土元素为la、pr、nd中的一种或几种。

15、在所述的非晶合金改性的镁铝锌合金的制备方法中，优选地，以重量百分比计算，所述第一组分的重量百分比为82～85％，所述第二组分的重量百分比为12～15％。

16、本发明采用zr基非晶合金粉体在mgalzn系镁铝锌合金的制备过程中进行改性处理，所述非晶合金粉体为改性的zralcuni系非晶合金，所述镁铝锌合金为添加稀土元素进行改性的mgalzn系镁合金，通过稀土元素和zralcuni系非晶合金粉体在镁铝锌合金熔融过程中的共同作用，能够达到细化晶粒，改善合金组织的效果；经力学性能检测，本发明的非晶合金改性的镁铝锌合金的强度、塑性、硬度以及韧性相较于未添加非晶合金的镁铝锌合金均有所提高，并且有利于后期的加工成型。