一种Te增强的Mg-Al-Zn镁合金的制作方法
【技术领域】
[000?]本发明涉及一种添加 Te增强Mg-Al-Zn镁合金材料的制备方法，属于金属材料及金 属熔炼技术领域。
【背景技术】
[0002] 众所周知，减重对航空航天、汽车工业、军事以及方程式赛车等领域有着巨大的意 义，每减轻0.45 Kg，普通交通运输工具可节省300美元，航天飞行器可节省30000美元，并随 着大气污染情况迅速加重，各国对汽车百里燃耗以及尾气排放做出了严格规定，汽车的减 重会大大提高燃油效率，其尾气排放也自然地会得以降低。Mg合金作为最轻的金属结构材 料，其密度为1.81 g/cm3,具有巨大的减重潜力。镁合金除具有密度低这一优点外还具有高 的比强度和刚度、减震性能、磁屏蔽性能、切削性能及可回收性等一些优点。
[0003] 目前商用化最广泛的镁合金是Mg-Al-Zn镁合金，虽然Mg-Al-Zn镁合金具有很多优 点，但是其强度低，尤其是当使用温度超过l〇〇°C时会迅速失去强度，而对于汽车动力系统 部件的材料来说，通常最高工作温度都会超过100°c，因此，提高Mg-Al-Zn镁合金的室温及 高温强度是研究的重点和难点。在Mg-Al-Zn镁合金中加入6(14^&、1^、？〇411等稀土元素 即可以提高室温强度，还可以提高高温强度。但是，由于这些稀土元素的加入，使得这类合 金的成本高，限制了其应用。Te元素无毒，价格较稀土元素便宜，并且其熔点较低只有449.5 °C，在镁合金熔炼温度下容易加入，适合应用于实际生产。
【发明内容】
[0004] 为了解决Mg-Al-Zn镁合金强度低这一问题，本发明提供了一种Te元素增强Mg-Al-Zn合金材料及其制备技术。在Mg-Al-Zn镁合金中，采用重力铸造法，以适当工艺加入一定量 的Te元素，改善了合金的微观组织，提高了 Mg-Al-Zn系镁合金室温和高温强度以及塑性。与 传统的Mg-Al-Zn铸造镁合金相比，无论在铸态还是高温（150°C)条件下，本发明合金比Mg-Al-Zn 铸造镁合金的强度明显提升，并且铸态条件下本发明合金的塑性提升效果更加明显。 铸态条件下，本发明合金比AZ91铸造镁合金抗拉强度最高提高30MPa，提高了20%，屈服强度 最高提高23MPa，提高了 27.4%，伸长率增加到12.23%，提升了 247%，塑性提高显著，硬度有些 许增加，但效果不明显。高温（150°C)条件下，本发明合金比Mg-Al-Zn铸造镁合金抗拉强度 最高提高53MPa，提升了48.6%，屈服强度最高提高23MPa，提升了30.3%，伸长率最高达到 15.08%，提升了 134.5%。本发明合金熔炼温度较低，成本较低，成分易于控制，合金品质高， 适用于大批量生产。
[0005] 本发明的特点在于： 通过合金化强化方式在Mg-Al-Zn镁合金中添加 Te元素，在提高镁合金室温强度和塑性 的效果下，还有效提高了镁合金的高温强度。金相组织显示，加入Te元素后合金的微观组织 得到了明显的细化，组织变得更加均匀。Te在Mg中固溶度极小，作为表面活性元素吸附在晶 面上，从而降低表面能，降低晶粒长大所需的形核功，增加结晶核心，起到细化晶粒的效果。 Te的加入在Mg-Al-Zn镁合金中形成了细小弥散分布的颗粒状新相Al2Te3相，割断了 β相的连 续网状结构。Al2Te3相熔点为895°C，热稳定性好，可以有效的钉扎晶界，阻碍晶界处的变形。 所以，Te元素产生的固溶强化、弥散强化、细晶强化复合作用是使合金强度和塑性性能得到 明显提高的主要原因。
[0006] 本发明是通过以下措施实现的： 本发明合金由以下重量配比的组分组成：7%~10.5%A1、0.25%~1.25%Zn、0.2%~1.2%Te， 其余为镁和不可避免杂质。
[0007] 本发明合金材料最佳的成分配比为:9.0%A1、0.8%Zn、0.9% Te，其余为镁和不可避 免杂质。
[0008] 本发明合金的制备方法为： (1) 按重量配比取纯Mg锭、纯A1锭、纯Zn锭和纯Te锭为原料； (2) 将所确定的质量配比Mg锭、A1锭放入石墨粘土坩埚中，并在电阻炉中加热熔化，当 温度达到400 °C左右时通入SF6:C02体积比为1:200的气体进行合金的保护，待合金完全熔化 后，加入预热到100~150 °C的纯Zn锭和纯Te锭，将熔体温度升至700~740 °C时，静置5分钟后 加入精炼剂进行精炼，迅速搅拌均匀，静置10~20分钟后扒渣，浇注钢模中凝固成形，得到一 种Te增强的Mg-Al-Zn合金材料及铸件。
【具体实施方式】
[0009] 实施例1 本发明实施例材料的组成重量配比(wt%)为:9.0%A1、0.8%Zn、0.2%Te，其余为镁和不可 避免杂质。
[0010]采取以下工艺步骤制得： (1) 按重量配比取纯Mg锭、纯A1锭、纯Zn锭和纯Te锭为原料； (2) 将所确定的质量配比的Mg锭、A1锭放入石墨粘土坩埚中，并在电阻炉中加热熔化， 当温度达到400 °C左右时通入SF6:C02体积比为1:200的气体进行合金的保护，待合金完全熔 化后，加入预热到100~150 °C的纯Zn锭和纯Te锭，将熔体温度升至730 °C时，静置5分钟后加 入精炼剂进行精炼，迅速搅拌均匀，静置10~20分钟后扒渣，浇注钢模中凝固成形，得到一种 Te增强的Mg-Al-Zn合金材料及铸件。所得合金性能见表1。
[0011] 实施例2 本发明实施例材料的组成重量配比(wt%)为:7%A1、0.25%Zn、1.2%Te，其余为镁和不可 避免杂质。
[0012] 采取以下工艺步骤制得： (1) 按重量配比取纯Mg锭、纯A1锭、纯Zn锭和纯Te锭为原料； (2) 将所确定的质量配比的Mg锭、A1锭放入石墨粘土坩埚中，并在电阻炉中加热熔化， 当温度达到400 °C左右时通入SF6:C02体积比为1:200的气体进行合金的保护，待合金完全熔 化后、加入预热到100~150°C的纯Zn锭和纯Te锭，将熔体温度升至700°C时，静置5分钟后加 入精炼剂进行精炼，迅速搅拌均匀，静置10~20分钟后扒渣，浇注钢模中凝固成形，得到一种 Te增强的Mg-Al-Zn合金材料及铸件。所得合金性能见表1。
[0013] 实施例3 本发明实施例材料的组成重量配比(Wt%)为:9.0%A1、0.8%Zn、0.9%Te，其余为镁和不可 避免杂质。
[0014] 采取以下工艺步骤制得： (1) 按重量配比取纯Mg锭、纯A1锭、纯Zn锭和纯Te锭为原料； (2) 将所确定的质量配比的Mg锭、A1锭放入石墨粘土坩埚中，并在电阻炉中加热熔化， 当温度达到400 °C左右时通入SF6:C02体积比为1:200的气体进行合金的保护，待合金完全熔 化后、加入预热到100~150°C的纯Zn锭和纯Te锭，将熔体温度升至715°C时，静置5分钟后加 入精炼剂进行精炼，迅速搅拌均匀，静置10~20分钟后扒渣，浇注钢模中凝固成形，得到一种 Te增强的Mg-Al-Zn合金材料及铸件。所得合金性能见表1。
[0015] 实施例4 本发明实施例材料的组成重量配比(wt%)为:9.0%A1、0.8%Zn、1.2%Te，其余为镁和不可 避免杂质。
[0016] 采取以下工艺步骤制得： (1) 按重量配比取纯Mg锭、纯A1锭、纯Zn锭和纯Te锭为原料； (2) 将所确定的质量配比的Mg锭、A1锭放入石墨粘土坩埚中，并在电阻炉中加热熔化， 当温度达到400 °C左右时通入SF6:C02体积比为1:200的气体进行合金的保护，待合金完全熔 化后、加入预热到100~150°C的纯Zn锭和纯Te锭，将熔体温度升至700°C时，静置5分钟后加 入精炼剂进行精炼，迅速搅拌均匀，静置10~20分钟后扒渣，浇注钢模中凝固成形，得到一种 Te增强的Mg-Al-Zn合金材料及铸件。所得合金性能见表1。
[0017] 选取与该实施例合金组元相近的AZ91镁合金作为对比例，其组成成分为:9.0%A1、 0.8%Zn，其余为镁。对比例和实施例的力学性能对比结果如表1所示。结果表明，无论在铸态 下还是高温（150°C)条件下，本发明合金比AZ91铸造镁合金的强度明显提升，并且铸态条件 下本发明合金的塑性提升效果更加明显。铸态条件下，本发明合金比AZ91铸造镁合金抗拉 强度最高提高30MPa，提高了 20%，屈服强度最高提高23MPa，提高了 27.4%，伸长率增加到 12.23%，提升了247%，塑性提高的非常明显，硬度有些许增加。高温（150°C)条件下，本发明 合金比AZ91铸造镁合金抗拉强度最高提高53MPa，提升了48.6%，屈服强度最高提高23MPa， 提升了 30.3%，伸长率最高达到15.08%，提升了 134.5%。
[0018] 表1本发明实施例和对比例材料的力学性能对比
【主权项】
1. 一种Te增强的Mg-Al-Zn合金，其特征在于：是由以下重量百分比的材料组成：7%~ 10 · 5%A1、0 · 25%~1 · 25%Zn、0 · 2%~1 · 2%Te，其余为镁和不可避免杂质。2. 权利要求1所述的Te增强的Mg-Al-Zn合金，最佳的合金成分配比为:9.0%A1、0.8%Zn、 0.9%Te，其余为镁和不可避免杂质。3. 权利要求1所述的Te增强的Mg-Al-Zn合金的制备方法，其特征在于具体工艺步骤为： (1) 按重量配比取纯Mg锭、纯A1锭、纯Zn锭和纯Te锭为原料； (2) 将所确定质量配比的Mg锭、A1锭放入石墨粘土坩埚中，并在电阻炉中加热熔化，当 温度达到400 °C左右时通入SF6:C02体积比为1:200的气体进行合金的保护，待合金完全熔化 后、加入预热到100~150°C的纯Zn锭和纯Te锭，将熔体温度升至700~740°C，静置5分钟后加 入精炼剂进行精炼，迅速搅拌均匀，静置10~20分钟后扒渣，浇注钢模中凝固成形，得到一种 Te增强的Mg-Al-Zn合金材料及铸件。
【专利摘要】本发明涉及一种通过添加Te增强Mg-Al-Zn镁合金材料的技术。本发明Te增强的Mg-Al-Zn镁合金是由以下配比的组分组成(wt%)：7%~10.5%Al、0.25%~1.25%Zn、0.2%~1.2%Te，其余为镁和不可避免杂质。最佳的合金成分配比为：9.0%Al、0.8%Zn、0.9%Te，其余为镁。本发明在Mg-Al-Zn镁合金中，通过一定的工艺，加入一定量的Te，使合金微观组织发生变化和明显细化，使得Mg-Al-Zn镁合金的室温和高温力学性能得到明显的提高，并且室温条件下Mg-Al-Zn镁合金的塑性提升非常显著。本发明合金熔炼温度较低，成分易于控制，合金品质高，纯Te价格较低，与Gd、Er、Ce、La、Po、Eu等稀土元素增强Mg-Al-Zn镁合金相比，降低了生产成本，适用于大批量生产。
【IPC分类】C22C23/02, C22C1/06
【公开号】CN105624500
【申请号】CN201610019903
【发明人】崔淑婧, 耿浩然, 武祥为
【申请人】济南大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月13日