一种准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于镁合金材料技术领域。具体涉及一种准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金作为目前工业上可应用的最轻金属结构材料(密度为1.8g/cm3左右)，不仅具有高比强度和比刚度，且具有良好的减振性、导热性、尺寸稳定、可切削加工性和可回收性等特点。在航空航天、电子通讯和国防科技等领域中具有十分广阔的应用前景，被称为“21世纪的绿色工程材料”。随着对汽车轻量化、节能、环保以及生态环境等要求的日益提高，轻质镁合金作为结构材料的应用需求日益迫切。然而，与传统钢铁和铝合金材料相比，镁合金自身具有强度较低、抗氧化性能差以及高温抗蠕变性能差等问题，使其作为某些结构件的应用受到限制。
[0003]近年来，在Mg-Zn系合金中加入稀土元素制备准晶增强镁合金(Singh A,Nakamura M， Watanabe M， Kato A,Tsai A P.Scripta Materialiaj 2003， 49:417-422.) o Gd、Y和Mg同属密排六方晶体结构，二者在镁中的质量固溶度分别为23.5%和12.0%，在熔炼过程中提高镁合金的流动性，细化晶粒，产生固溶强化效果，使其具有好的铸造性能和高温力学性能。通过对Mg-Zn-Gd合金持续冲压，合金中产生的Mg2Zn3相和准晶相均起到增强基体的作用(Huang H, Yuan G Y, Chu Z H, WJ.MaterialsScience&EngineeringA, 2013, 560: 241-248)。但是对于准晶相的研究局限于 Mg-Zn-Gd和Mg-Zn-Y系合金。
【发明内容】
[0004]本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低、工艺简单和生产效益高的准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的制备方法，该方法制备的准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的硬度、耐磨性和耐蚀性高。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:所述准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的组分及其含量是:Mg 为 44.4-44.7wt% ；Zn 为 40~42.4wt% ；Gd 为 9.8-10.7wt% ；Y 为
2.5?5.5wt%0
[0006]所述准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的制备方法是:
I)按准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的组分及其含量，以Zn粒、Mg-Gd中间合金和Mg-Y中间合金作为目标合金(即为所述准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金)配料放至坩祸中，再用镁合金覆盖剂覆盖，镁合金覆盖剂覆盖层的厚度为10~25mm，置于烘箱中，在50~55°C条件下干燥60mino
[0007]2)将干燥后的目标合金配料在I=300A的电流强度下预热120~150s，升温至350-4000C ;再以20~30A/次的增幅提高电流强度，每次的保温时间为70~80s，直至坩祸中的目标合金配料与镁合金覆盖剂分层，持续加热至合金全部熔融后停止提高电流，保温。
[0008]3)在保温状态下，电磁搅拌至目标合金配料完全熔化后，关闭电源，在空气中静置冷却40~60s，水冷至室温，制得准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金。
[0009]所述的镁合金覆盖剂的组分及其含量为=MgCl2S 26.8-28.5wt% ；KC1为24.3-25.2wt% ；BaCl2^ 29.8-31.2wt% ；CaF 2为 14.1-14.9wt% ;NaCl、CaCl 2、MgO 和 H2O 为2?3wt%0
[0010]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果:
本发明在生产过程中对设备的要求不高，原材料来源广泛，使用高频感应加热设备能效高，节约工业成本，升温迅速，不易氧化，故生产成本低、工艺简单和生产效益高。
[0011]本发明利用稀土元素Gd和Y有利于准晶形核的特点，使Gd和Y在固液界面能够通过降低形核表面能的方式加快准晶相生长速度，促进包晶反应向有利于准晶生长的方向进行，在Mg-Zn系合金中同时加入Gd和Y形成热力学稳定的准晶相。
[0012]本发明制备的准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金与现有的准晶增强镁合金相比，特点在于所制得的含Gd和Y的准晶增强镁合金具有较高的成功率，微观组织中准晶的体积分数大，制得的Mg-Zn-Gd-Y镁合金中准晶相增强区域的硬度、耐磨性、耐蚀性以及综合力学性能好。
[0013]因此，本发明具有成本低、工艺简单和生产效益高的特点，所制备的准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的硬度、耐磨性和耐蚀性高。
【附图说明】
[0014]图1是本发明制备的一种准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的SEM背散射电子图；
图2是图1所示准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的TEM图；
图3是图1所示准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金中准晶相的SAED图。
【具体实施方式】
[0015]
下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0016]本【具体实施方式】中，所述的镁合金覆盖剂的组分及其含量为:MgCl2S26.8-28.5wt% ；KC1 为 24.3-25.2wt% ；BaCl2^ 29.8-31.2wt% ；CaF2^ 14.1-14.9wt% ;NaCl、CaCl2、MgO和H2O为2~3wt%。实施例中不再赘述。
[0017]实施例1
一种准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金及其制备方法。所述准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的组分及其含量是:Mg 为 44.4-44.6wt% ；Zn 为 41.5-42.4wt% ；Gd 为 10.3-10.7wt% ；Y 为
2.5?3.5wt%0
[0018]所述准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的制备方法是:
I)按准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的组分及其含量，以Zn粒、Mg-Gd中间合金和Mg-Y中间合金作为目标合金(即为所述准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金，下同)配料放至坩祸中，再用镁合金覆盖剂覆盖，镁合金覆盖剂覆盖层的厚度为10~15mm，置于烘箱中，在51~53°C条件下干燥60min。
[0019]2)将干燥后的目标合金配料在I=300A的电流强度下预热130~140s，升温至350-370°C ;再以23~25A/次的增幅提高电流强度，每次的保温时间为75~80s，直至坩祸中的目标合金配料与镁合金覆盖剂分层，持续加热至合金全部熔融后停止提高电流，保温。
[0020]3)在保温状态下，电磁搅拌至目标合金配料完全熔化后，关闭电源，在空气中静置冷却40~45s，水冷至室温，制得准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金。
[0021]本实施例1制备的准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金中含有棒状和鱼骨状的准晶相和五花瓣准晶相，花瓣的平均轴长为4.06 μ mo对花瓣状准晶相的SEM能谱扫描结果表明，准晶相成分是:Mg 为 14.4-14.6wt%，Zn 为 73.6-73.8wt%，Gd 为 8.5-8.6 wt%，Y 为 3.1-3.3wt%。准晶相的平均硬度值为388.6HB，Mg-Zn-Gd-Y合金平均硬度值为318.6HB。
[0022]图1是本实施例1制备的一种准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的SEM背散射电子图；图2是图1所不准晶增强Mg-Zn-Gd-Y儀合金中准晶相的TEM图；图3是图1所不准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金中准晶相的SAED图。从图1可以看出=Mg-Zn-Gd-Y镁合金中存在花瓣状准晶相。从图2可以看出=Mg-Zn-Gd-Y镁合金中准晶相的显微结构特征。从图3可以看出:选区电子衍射呈5次对称表明Mg-Zn-Gd-Y镁合金中存在准晶相。
[0023]实施例2
一种准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金及其制备方法。所述准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的组分及其含量是:Mg 为 44.5-44.7wt% ；Zn 为 40.8-41.5wt% ；Gd 为 9.9-10.5wt% ；Y 为
3.4?4.7wt%0
[0024]所述准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的制备方法是:
I)按准晶增强Mg-Zn-Gd-Y镁合金的组分及其含量，以Zn粒、Mg-Gd中间合金和Mg-Y中间合金作为目标合金配料放至坩祸中，再用镁合金覆盖剂覆盖，镁合金覆盖剂覆盖层的厚度为15~19mm，置于烘箱中，在50~52°C条件下干燥60mino
[0025]2)将干燥后的目标合金配料在