專利名稱：：含富釔稀土高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE擠壓鎂合金及其生產(chǎn)方法、應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及屬于輕金屬材料類領(lǐng)域，特別是具有高強(qiáng)耐蝕的Mg-Al-Zn-RE鎂合金的擠壓成形工藝。
背景技術(shù)：
：鎂以其質(zhì)輕、比鋼度高、比強(qiáng)度高、減震抗噪、抗電磁輻射和易于回收(不產(chǎn)生污染)而受到金屬材料的青睞，尤其是因?yàn)殒V合金適應(yīng)制造業(yè)要求輕量化、環(huán)保節(jié)能的世界潮流大趨勢(shì)，鎂資源特別豐富，適合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求(而鐵、鋁等傳統(tǒng)金屬資源日趨枯竭)，因而鎂合金成為世界各國(guó)的研發(fā)熱點(diǎn)。然而傳統(tǒng)鎂合金如鎂鋁鋅合金(AZ31)擠壓鎂合金存在著強(qiáng)度低和耐蝕性不高、密排六方格晶體變形抗力大，不易擠壓成型，耐蝕性能差等弱點(diǎn)，而不能滿足軍工和交通工具動(dòng)力系統(tǒng)的要求。另外，鎂合金具有氧化易燃，加工制造過程存在較大火災(zāi)隱患的缺點(diǎn)。合金化是提升鎂合金強(qiáng)度最有效的一種方法，而稀土(尤其是釔)是鎂合金化的最實(shí)用和最具開發(fā)應(yīng)用價(jià)值的元素。由于釔和鎂金屬的晶體結(jié)構(gòu)相同，同屬密排六方晶格，二者的原子半徑、晶格常數(shù)接近，根據(jù)“尺寸結(jié)構(gòu)相匹配”的結(jié)晶形核核心原則，釔可作為鎂合金的異質(zhì)形核核心，阻礙晶粒長(zhǎng)大，因而對(duì)鎂合金產(chǎn)生顯著的細(xì)化效果。加之，釔的活性較強(qiáng)，對(duì)硫、氧等雜質(zhì)元素具有較強(qiáng)的親合力，產(chǎn)生除氣除雜的凈化作用。釔與鎂和鎂合金中其他元素如鋁、鋅等可產(chǎn)生合金化作用，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化、時(shí)效沉淀作用，形成高熔點(diǎn)高熱穩(wěn)定性的第二相物質(zhì)，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用。釔對(duì)鎂合金產(chǎn)生的這些作用，既提升了合金的強(qiáng)度，又增加了合金的耐蝕性能，已被國(guó)內(nèi)外學(xué)者所公認(rèn)。但，存在的問題是純釔比較貴，成本高，其次是有部分稀土元素對(duì)生產(chǎn)鎂釔合金有不利影響。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明第一目的是針對(duì)目前AZ31擠壓鎂合金存在的強(qiáng)度和耐蝕性不高、密排六方格晶體變形抗力大、不易擠壓成型的弱點(diǎn)，以及鎂合金具有氧化易燃，加工制造過程存在較大火災(zāi)隱患的缺點(diǎn)，提出一種含富釔稀土高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE擠壓鎂合金。本發(fā)明所述鎂合金的化學(xué)組成按重量百分比分別為Al2.5%3.2%,Zn:0.61.2%；稀土為Y0.1.5%,Er0.01%0.15%,Ho0.01%0.1%,Gd0.01%0.2%；雜質(zhì)元素為Fe彡0.02%,Cu彡0.002%,Si^0.01%,Ni^0.001%，余量為鎂。富釔混合稀土通常除含有釔(Y)以外，還含有稀貴的Tb、Dy、Tu、Lu等重稀土元素和對(duì)制造富釔鎂合金產(chǎn)生不利的Sm、Eu和Yb變價(jià)元素。本發(fā)明去除了其中的稀貴的Tb、Dy、Tu、Lu等重稀土元素和不利的Sm、Eu和Yb變價(jià)元素，將有利于鎂合金性能的Ho、Er和Gd稀土元素留在富釔稀土中，以發(fā)揮這些稀土與釔對(duì)提升鎂合金性能的組合效應(yīng)，不但提升產(chǎn)品質(zhì)量，還大大降低了原料的成本。采用本發(fā)明鎂合金鑄錠進(jìn)行擠壓成型生產(chǎn)金屬材料，具有強(qiáng)度高、耐蝕性高、密排六方格晶體變形抗力小、拉伸率高，容易擠壓成型和生產(chǎn)過程無火災(zāi)隱患的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的另一目的是對(duì)以上鎂合金提出一種可行的擠壓生產(chǎn)工藝在SFf^PCO2的氣體保護(hù)下，待AZ31合金基體材料熔化后，加入預(yù)熱到200220°C的鎂_富釔中間合金，當(dāng)熔體溫度為720°C740°C時(shí)通入氬氣精煉攪拌1015分鐘，然后靜置3040分鐘，待熔體溫度為690°C710°C時(shí)，鑄造成含富釔高強(qiáng)鎂合金鑄錠。本發(fā)明在原有的AZ31合金基礎(chǔ)上，加入廉價(jià)實(shí)用的富釔混合稀土，不但工藝簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)控制，而且形成的鎂合金質(zhì)量穩(wěn)定性好。本發(fā)明所述SF6和CO2的體積比為1100。本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供含富釔的Mg-Al-Zn-RE變形形鎂合金的擠壓產(chǎn)生、應(yīng)用，將所述含富釔稀土變形鎂合金用于擠壓生產(chǎn)型材。具體的方法是將所述鎂合金鑄錠經(jīng)電阻爐加熱至340°C360°C，保溫35小時(shí)，在臥式擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，模具溫度400420°C，擠壓速度為1.2米/分鐘1.8米/分鐘，并經(jīng)拉伸校直處理，得到含富釔稀土的高強(qiáng)耐蝕鎂合金熱擠壓型材。本發(fā)明擠壓成形過程無需進(jìn)行特別的防火工藝，由于含富釔的高強(qiáng)耐蝕鎂合金延伸率高，故易于成形，成形的金屬型材用料少、厚度薄、重量輕。具體實(shí)施例方式一、鎂-富釔中間合金的選用選用鎂-富釔中間合金，經(jīng)分析鎂-富釔中間合金中各成分的重量百分比為Y20%90%、Er20%、Ho10%、Gd10%30%。二、含富釔的Mg-Al-Zn-RE變形鎂合金制備將Mg、Al、Zn制備的AZ31基體合金預(yù)熱到220°C，放入到坩鍋中(坩鍋預(yù)熱到300°C)，并通入SF6CO2體積比為1100的保護(hù)氣體，待基合金完全熔化后，熔體溫度達(dá)到720V740°C時(shí)加入鎂-富釔中間合金(先預(yù)熱到200220°C)，然后邊攪拌邊通入保護(hù)氣體，直到加入的鎂_富釔中間合金完全熔化，當(dāng)溫度控制到720V740°C時(shí)通氬氣精煉攪拌1015分鐘，然后靜置3040分鐘，待熔體690°C710°C時(shí)進(jìn)行鑄造，制備成含富釔高強(qiáng)耐蝕鎂合金材料。制備的擠壓鎂合金中稀土含量為Y:0.1.5%，Er:0.01%0.15%,Ho0.01%0.1%，Gd:0.01%0.2%。三、含富釔高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE變形鎂合金擠壓生產(chǎn)、應(yīng)用將所述含富釔高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE變形鎂合金經(jīng)電阻爐加熱至340°C360°C，保溫35小時(shí)，在臥式擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，模具溫度400420°C，擠壓速度為1.2米/分鐘1.8米/分鐘，并經(jīng)180°C保溫16小時(shí)人工時(shí)效處理，得到含富釔稀土的高強(qiáng)耐蝕鎂合金熱擠壓型材。實(shí)例1:AZ31+富Y(Er、Ho、Gd)(Y=0.l%,Er=0.15%,Ho=0.l%,Gd=0.2%)合金含富釔稀土高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE擠壓鎂合金，其重量百分比配比為鋁2.5%，鋅1.0%,Y0.1%,Er0.15%,Ho0.1%,Gd0.2%，雜質(zhì)元素Fe≤0.02%，Cu≤0.002%,Si≤0.01%,Ni≤0.001%,余量為鎂。將所述鎂合金鑄錠經(jīng)電阻爐加熱至340°C360°C，保溫35小時(shí)，在臥式擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，模具溫度400420°C，擠壓速度為1.4米/分鐘1.8米/分鐘，并經(jīng)拉伸校直處理，得到含富釔稀土的高強(qiáng)耐蝕鎂合金熱擠壓型材。合金性能見表1和表2。實(shí)例2:AZ31+富Y(Er、Ho)(Y=0.9%,Er=0.1%，Ηο=0·05%)合金含富釔稀土高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE擠壓鎂合金，其重量百分比配比為鋁3.0%，鋅1.2%，Y0.9%,Er0.1%,Ηο0.05%，雜質(zhì)元素Fe彡0.02%,Cu彡0.002%,Si彡0.01%,Ni彡0.001%,余量為鎂。將所述鎂合金鑄錠經(jīng)電阻爐加熱至340°C360°C，保溫35小時(shí)，在臥式擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，模具溫度400420°C，擠壓速度為1.2米/分鐘1.5米/分鐘，并經(jīng)拉伸校直處理，得到含富釔稀土的高強(qiáng)耐蝕鎂合金熱擠壓型材。合金性能見表1和表2。實(shí)施例3:AZ31+富Y(Er、Ho、Gd)(Y=1.5%,Er=0.12%,Ho=0.08%,Gd=0.1%)合金含富釔稀土高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE擠壓鎂合金，其重量百分比配比為鋁3.2%,#0.6%,Y1.5%,Er0.12%,Ho0.08%,Gd0.1%，雜質(zhì)元素Fe彡0.02%，Cu^0.002%,Si^0.01%,Ni^0.001%,余量為鎂。將所述鎂合金鑄錠經(jīng)電阻爐加熱至340°C360°C，保溫35小時(shí)，在臥式擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，模具溫度400420°C，擠壓速度為1.2米/分鐘1.4米/分鐘，并經(jīng)拉伸校直處理，得到含富釔稀土的高強(qiáng)耐蝕鎂合金熱擠壓型材。合金性能見表1和表2表1本發(fā)明實(shí)施例1、2、3的室溫力學(xué)性能與AZ31的比對(duì)表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2本發(fā)明實(shí)施例1、2、3的耐腐蝕性能與ΑΖ31的比對(duì)表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由上表可見，本發(fā)明較ΑΖ31具有較好的抗拉性、耐腐蝕性和更好的延伸性。本發(fā)明的特點(diǎn)1、新型富釔稀土在鎂合金熔煉過程中，除去雜質(zhì)，收到除氣(比如Η2)、除渣(MgO)、除雜(如Fe、Cu、Ni)等的凈化作用，消除或減少它們的危害作用，從而提升其強(qiáng)度、耐蝕性能和擠壓加工性能。2、新型富釔稀土是本發(fā)明用以提升其強(qiáng)度改善擠壓性能的有效合金元素，其機(jī)理是一、添加稀土顯著合金組織，在凝固過程中富釔稀土富集因液界面前沿，形成成份過冷阻礙晶粒長(zhǎng)大，有效細(xì)化合金組織，晶粒變小變多，既改善擠壓加工性能，又提高了合金基體的抗斷裂能力。二、稀土相合金的彌散強(qiáng)化，富釔稀土(包含釔、鈥、鉺、釓等元素)的加入，生成細(xì)小而彌散分布的稀土金屬間化合物微粒，原來連續(xù)分布的脆性相變得破碎，有利于釘扎晶界和位錯(cuò)，從而提高強(qiáng)度。3、添加稀土元素后，生成的細(xì)小而彌散稀土金屬間化合物微粒分布在鎂合金的晶界處，熱擠壓時(shí)微粒產(chǎn)生滑移，大大地降低了抗力，同時(shí)，由于釔的活性較強(qiáng)，有效地遏制了合金中Mg0的形成，更利于擠壓成型，使得鎂合金的熱擠壓工藝更為穩(wěn)定可靠。另外，加入富釔稀土后，合金的起燃溫度提高了70°C，降低了加工過程中的火災(zāi)隱患，有效保證了鎂合金生產(chǎn)加工過程的安全性。4、本發(fā)明采用新型富釔稀土為添加劑，所研發(fā)的稀土鎂合金，好處是一是降低了合金的成本，用低成本的新型富釔混合稀土取代含有Tb、Dy、Tu,Lu等高價(jià)富釔混合稀土，可使稀土原料成本降低50%，同時(shí)節(jié)省了緊缺的Tb、Dy、Tu,Lu等資源。二是為分離除去Sm、Eu、Dy、Tb、Tu,Lu之后剩余的大量積壓的新型富釔找到了一個(gè)新的應(yīng)用途徑，有利于緩解稀土資源產(chǎn)銷不平衡的矛盾，促進(jìn)稀土資源高效綜合利用。權(quán)利要求含富釔稀土高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE擠壓鎂合金，其特征在于所述鎂合金的化學(xué)組成按重量百分比分別為Al2.5％～3.2％，Zn0.6～1.2％；稀土為Y0.1％～1.5％，Er0.01％～0.15％，Ho0.01％～0.1％，Gd0.01％～0.2％；雜質(zhì)元素為Fe≤0.02％，Cu≤0.002％，Si≤0.01％，Ni≤0.001％，余量為鎂。2.一種如權(quán)利要求1所述含富釔稀土高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE擠壓鎂合金的生產(chǎn)方法，其特征在于在SF6和CO2的氣體保護(hù)下，待AZ31合金基體材料熔化后，加入預(yù)熱到200220°C的鎂-富釔中間合金，當(dāng)熔體溫度為720°C740°C時(shí)通入氬氣精煉攪拌1015分鐘，然后靜置3040分鐘，待熔體溫度為690°C710°C時(shí)，鑄造成含富釔高強(qiáng)鎂合金鑄錠。3.—種如權(quán)利要求1所述含富釔稀土高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE擠壓鎂合金的應(yīng)用，其特征在于將所述含富釔高強(qiáng)耐蝕鎂合金鑄錠用于擠壓生產(chǎn)型材。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述含富釔稀土高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE擠壓鎂合金的應(yīng)用，其特征在于將所述鎂合金鑄錠經(jīng)電阻爐加熱至340°C360°C，保溫35小時(shí)，在臥式擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，模具溫度400420°C，擠壓速度為1.2米/分鐘1.8米/分鐘，并經(jīng)拉伸校直處理，得到含富釔稀土的高強(qiáng)耐蝕鎂合金熱擠壓型材。全文摘要含富釔稀土高強(qiáng)耐蝕Mg-Al-Zn-RE擠壓鎂合金及其生產(chǎn)方法、應(yīng)用，涉及屬于輕金屬材料領(lǐng)域，在SF6和CO2的氣體保護(hù)下，在熔化的AZ31過程中加入鎂-富釔中間合金，當(dāng)熔體溫度為720℃～740℃時(shí)通入氬氣精煉攪拌，靜置后進(jìn)行鑄造，形成富釔高強(qiáng)耐蝕鎂合金材料。加熱到340℃～360℃，保溫3～5小時(shí)，在臥式擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，模具溫度400～420℃，擠壓速度為1.2米/分鐘～1.6米/分鐘，經(jīng)過拉伸校直處理，得到含富釔稀土的高強(qiáng)耐蝕鎂合金熱擠壓型材。變形過程無需進(jìn)行特別的防火工藝，用料少、精度高、厚度薄、重量輕。文檔編號(hào)C22F1/06GK101824572SQ201010120418公開日2010年9月8日申請(qǐng)日期2010年3月9日優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日發(fā)明者唐定驤,孟健,尹忠濤,張文,張洪杰,趙貴榮,郝道德,魯化一申請(qǐng)人:揚(yáng)州宏福鋁業(yè)有限公司;中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所