專利名稱：室溫高韌性單相固溶體鎂稀土基合金及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料及其制備方法，特別涉及一種鎂合金及其制備方法。
背景技術：
鎂合金具有比重輕、比強度及比剛度高、阻尼性及切削加工性好、導熱性好、電磁屏蔽能力強以及減振性好和易于回收優(yōu)點，滿足航空、航天、現(xiàn)代汽車工業(yè)對減重、節(jié)能的要求，被譽為“21世紀的綠色工程材料”。目前變形鎂合金主要有鎂鋁系，鎂鋅系和鎂稀土系合金。鎂鋁系合金是最常用于變形體系，但是，這類合金具有很強的基面織構，顯著的不對稱性和相對狹窄的加工溫度范圍。由于鎂鋁合金的共晶溫度437 °C，熱加工溫度通常低于350 °C，因此，變形的速度較低，產(chǎn)品生產(chǎn)成本高。另一方面，如果選擇高的溫度(超過350 V )，共晶相溶解，導致合金熱裂和表面質量降低[K. U. Kainer, Magnesium Alloys and Technologies, WILEY-VCH Verlag GmbH, ffeiheim, 2003]。鎂鋅系因為不含鋁，其組織可通過添加^ 有效細化，然而，這類合金很容易形成鑄造微孔，軋制過程中熱裂趨勢明顯，難以焊接，因此這類合金在變形材料中的應用也很少[H.E. Friedrich, B. L. Mordike, Magnesium Technology, Springer Press, Berlin, 2006]。和上面兩種相比，鎂稀土系合金的性能更加突出，如 WE43 (Mg-4. 1Y-2. 2Nd-lHRE-0. 5Zr)和 WE54 (Mg-5. 2Y-1. 7Nd_ 1. 7HRE-0. 4Zr)合金具有很好的力學性能和熱穩(wěn)定性，但是這類合金隨著稀土含量的增加，合金的價格明顯上升，更重要的是，隨著稀土含量的增加，第二相粒子的量明顯增多，合金的耐腐蝕性能急劇下降。因此，開發(fā)出新型的具有良好變形性能，優(yōu)良耐腐蝕性能的合金對鎂合金的應用十分必要[F. Czerwinski, Magnesium injection molding, Springer press, Bolton, 2007]。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好變形性能和優(yōu)良耐腐蝕性能的室溫高韌性單相固溶體鎂稀土基合金及制備方法。本發(fā)明主要是通過固溶強化和細晶強化提高合金力學性能。本發(fā)明的鎂稀土基合金的化學成分為Mg-xRE-y (Zn+Sc) -ζ (Ag+Zr)，其中，χ、y、ζ 為質量百分數(shù)(wt. %)，0. 5% 彡 χ 彡 3. 0%, 0. 1% ^ y ^ 1. 5%, 0. 01% 彡 ζ 彡 1. 0% ；RE 為稀土元素，包含Gd、Y、Dy、Er、Tm和Lu的兩種或多種，并且RE中各種稀土元素的質量分數(shù)比相等；(Si+Sc)表示中的一種或兩種，當同時添加兩種元素時，各元素的質量分數(shù)比相等；(Ag+Zr)表示Ag和ττ中的一種或兩種，當同時添加兩種元素時，各元素的質量分數(shù)比相等；余量為Mg。上述鎂稀土基合金的制備方法
(1)原料質量純度99. 5%的Mg錠、99. 9%的Si錠、99. 99%的Ag錠、99%的&錠、99% 的Mg-20wt. %RE中間合金和99%的Mg_33. 3 wt. %Zr中間合金為原料。(2)加料先將上述的金屬錠和中間合金錠去除表面氧化皮，中間合金錠要先在
3200-400 °C充分預熱，然后按順序依次將金屬Mg錠、Si錠、Mg-RE中間合金錠、&錠、Ag錠和中間合金錠加入自動控溫電阻爐中，采用六氟化硫和氬氣1:19混合氣體保護，每添加一種原料，攪拌10分鐘。(3)熔煉熔煉溫度為680-800°C，所有原料都添加完成后，再攪拌30分鐘；在 650-770°C澆注到鋼模中，鋼模要在500-600°C下充分預熱，澆注后，在650-750°C爐中保溫 30-120分鐘，然后用水冷卻至室溫，得到一種室溫高韌性單相固溶體鎂稀土基合金。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點
1、通過添加合適合金化元素改變合金的晶格參數(shù)，消除合金的各向異性，提高合金的變形加工性能。2、由于所有的合金化元素都以固溶態(tài)分布，從根本上消除了第二相，消除了合金微電池腐蝕作用，提高了合金的耐腐蝕性能。3、本發(fā)明的合金由單相固溶體組成，晶粒尺寸小，室溫延展性好，室溫延伸率超過20%，力學性能和加工性能突出，耐腐蝕性能優(yōu)異，在高性能變形材和生物醫(yī)用領域具有廣闊的應用前景。


圖1是本發(fā)明實施例1 Mg-0. 5RE-1. 5Sc_0. OlAg合金的金相組織圖。圖2是本發(fā)明實施例1 Mg-0. 5RE-1. 5Sc_0. OlAg合金的經(jīng)腐蝕處理后的電鏡圖。圖3是本發(fā)明實施例2中Mg-2RE-iai-0. 2Ag_0. 2Zr合金和AZ31的室溫力學性能圖。從圖1中可以看出經(jīng)過本發(fā)明制備的合金晶粒小，分布均勻；從圖2可以看出，合金在溶劑中主要是均勻腐蝕，基本上消除了點腐蝕，從而提高了整個合金的耐蝕性；從圖3可以看出，和目前鎂合金中最好的變形鎂合金AZ31固溶體合金相比， Mg-2RE-lZn-0. 2Ag-0. 2Zr合金的變形更加均勻，延伸率明顯提高。
具體實施例方式實施例1
按照Mg-0. 5RE-1. 5Sc-0. OlAg (wt. %)的組成進行原料質量配比，鎂為余量，其中RE中的Gd、Y、Dy、Er和Tm質量分數(shù)比相等，所有原料的質量純度分別為99. 5%的Mg錠、99%的 Mg-20wt. %RE中間合金錠、99%的k錠和99. 99%的Ag錠。先將上述的金屬錠和中間合金錠去除表面氧化皮，中間合金錠要先在200°C充分預熱，然后按順序依次將金屬Mg錠、Mg-RE 中間合金錠、&錠和Ag錠加入自動控溫電阻爐中，熔煉溫度為700°C，采用六氟化硫和氬氣 1 19混合氣體保護，每添加一種原料，攪拌10分鐘；所有原料都添加完成后，再攪拌30分鐘；在770°C澆注到鋼模中，鋼模要在500°C下預熱，澆注后，在650°C爐中保溫120分鐘，然后用水冷卻至室溫，得到室溫高韌性單相固溶體鎂稀土基合金。該合金的室溫延伸率超過 20%。實施例2:
按照Mg-2RE-iai-0. 2Ag-0. 2Zr (wt. %)組成進行原料質量配比，鎂為余量。其中RE 中的Gd、Y和Lu質量分數(shù)比相等，所有原料的質量純度分別為99. 5%的Mg錠、99%的Mg-20wt. %RE 中間合金錠、99. 9% 的 Zn 錠、99. 99% 的 Ag 錠和 99% 的 Mg-33. 3wt. %Zr 中間合金錠。先將上述金屬錠和中間合金錠去除表面氧化皮，中間合金錠要先在400°C充分預熱， 然后按順序依次將金屬Mg錠、Si錠、Mg-RE中間合金錠、Ag錠和中間合金錠加入自動控溫電阻爐中，熔煉溫度為680°C，采用六氟化硫和氬氣1 19混合氣體保護，每添加一種原料，攪拌10分鐘；所有原料都添加完成后，再攪拌30分鐘；在650°C澆注到鋼模中，鋼模要在600°C下預熱，澆注后，在750°C爐中保溫30分鐘，然后用水冷卻至室溫，得到室溫高韌性單相固溶體鎂稀土基合金。該合金的室溫延伸率超過20%。實施例3
按照Mg-3RE-0. IZn-O. 05Ag-0. 05Zr組成進行原料質量配比，鎂為余量。其中RE中的 Gd、Y質量分數(shù)比相等，所有原料的質量純度分別為99. 5%的Mg錠、99%的Mg_20wt. %RE中間合金錠、99. 9%的Zn錠、99. 99%的Ag錠和99%的Mg-33. 3wt. %Zr中間合金錠。先將上述的金屬錠和中間合金錠去除表面氧化皮，中間合金錠要先在250°C充分預熱，然后按順序依次將金屬Mg錠、Si錠、Mg-RE中間合金錠、Ag錠和Mglr中間合金錠加入自動控溫電阻爐中，熔煉溫度為750°C，采用六氟化硫和氬氣1:19混合氣體保護，每添加一種原料，攪拌10 分鐘；所有原料都添加完成后，再攪拌30分鐘；在660°C澆注到鋼模中，鋼模要在580°C下預熱，澆注后，在680°C爐中保溫100分鐘，然后用水冷卻至室溫，得到室溫高韌性單相固溶體鎂稀土基合金。該合金的室溫延伸率超過20%。實施例4
按照Mg-2. 4RE-0. 5Zn-0. 5Sc_0. 5Zr組成進行原料質量配比，鎂為余量。其中RE中的Gd、Y、Dy和Tm質量分數(shù)比相等，所有原料的質量純度分別為99. 5%的Mg錠、99%的 Mg-20wt. %RE中間合金錠、99. 9%的Zn錠、99%的Sc錠和99%的Mg-33. 3wt. %Zr中間合金錠。先將上述的金屬錠和中間合金錠去除表面氧化皮，中間合金錠要先在300°C充分預熱， 然后按順序依次將金屬Mg錠、Si錠、Mg-RE中間合金錠、Sc錠和中間合金錠加入自動控溫電阻爐中，熔煉溫度為770V，采用六氟化硫和氬氣1 19混合氣體保護，每添加一種原料，攪拌10分鐘；所有原料都添加完成后，再攪拌30分鐘；在720°C澆注到鋼模中，鋼模要在590°C下預熱，澆注后，在700°C爐中保溫90分鐘，然后用水冷卻至室溫，得到室溫高韌性單相固溶體鎂稀土基合金。該合金的室溫延伸率超過20%。實施例5
按照Mg-2. 4RE-0. 5&ι-0. 5&-0. 05 Ag組成進行原料質量配比，鎂為余量。其中RE中的Gd、Y、Dy、Er、Tm和Lu質量分數(shù)比相等，所有原料的質量純度分別為99. 5%的Mg錠、99% 的Mg-20wt. %RE中間合金錠、99. 9%的Si錠、99%的&錠和99. 99%的Ag錠。先將上述的金屬錠和中間合金錠去除表面氧化皮，中間合金錠要先在350°C充分預熱，然后按順序依次將金屬Mg錠、Si錠、Mg-RE中間合金錠、Sc錠和Ag錠加入自動控溫電阻爐中，熔煉溫度為 800°C，采用六氟化硫和氬氣1:19混合氣體保護，每添加一種原料，攪拌10分鐘；所有原料都添加完成后，再攪拌30分鐘；在700°C澆注到鋼模中，鋼模要在550°C下預熱，澆注后，在 720°C爐中保溫60分鐘，然后用水冷卻至室溫，得到室溫高韌性單相固溶體鎂稀土基合金。 該合金的室溫延伸率超過20%。表1是合金在室溫下的力學性能
權利要求
1.一種室溫高韌性單相固溶體鎂稀土基合金，其特征在于，其化學成分為 Mg-xRE-y (Zn+Sc)-ζ (Ag+Zr)，其中，χ、y、ζ 為質量百分數(shù) wt. %,0. 5% 彡 χ 彡 3. 0%, 0. 1% ^ y ^ 1. 5%, 0. 01% 彡 Z 彡 1. 0% ；RE 為稀土元素，包含 Gd、Y、Dy、Er、Tm 和 Lu 的兩種或多種，并且RE中各種稀土元素的質量分數(shù)比相等；Si+Sc，表示Si和Sc中的一種或兩種， 當同時添加兩種元素時，各元素的質量分數(shù)比相等；Ag+&表示Ag和ττ中的一種或兩種， 當同時添加兩種元素時，各元素的質量分數(shù)比相等。
2.上述權利要求1的單相固溶體鎂稀土基合金的制備方法，其特征在于(1)原料質量純度99.5%的Mg錠、99. 9%的Si錠、99. 99%的Ag錠、99%的&錠、99% 的Mg-20wt. %RE中間合金和99%的Mg-33. 3 wt. %Zr中間合金為原料；(2)加料先將上述的金屬錠和中間合金錠去除表面氧化皮，中間合金錠要先在 200-400 °C充分預熱，然后按順序依次將金屬Mg錠、Si錠、Mg-RE中間合金錠、&錠、Ag錠和Mg-^ 中間合金錠加入自動控溫電阻爐中，采用六氟化硫和氬氣1:19混合氣體保護，每添加一種原料，攪拌10分鐘；(3)熔煉熔煉溫度為680-80(TC，所有原料都添加完成后，再攪拌30分鐘；在 650-770°C澆注到鋼模中，鋼模要在500-600°C下充分預熱，澆注后，在650-750°C爐中保溫 30-120分鐘，然后用水冷卻至室溫。
全文摘要
一種室溫高韌性單相固溶體鎂稀土基合金，其化學成分為Mg-xRE-y(Zn+Sc)-z(Ag+Zr).其中0.5≤x≤3.0，0.1≤y≤1.5，0.01≤z≤1.0(wt.%)，稀土元素包括Gd、Y、Dy、Er、Tm和Lu；其制備方法主要是，將上述原料加入自動控溫電阻爐中，采用六氟化硫和氬氣混合氣體保護，熔煉溫度為680-800℃，在650-770℃澆注到鋼模中，鋼模要在500-600℃下充分預熱，澆注后，在650-750℃爐中保溫30-120分鐘，然后用水冷卻至室溫。本發(fā)明的單相固溶體鎂稀土基合金晶粒尺寸小，延展性好，室溫延伸率超過20%，力學性能和加工性能優(yōu)良，耐腐蝕性能優(yōu)異。
文檔編號C22C1/03GK102277521SQ20111022861
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權日2011年8月11日
發(fā)明者彭秋明, 朱鍵卓, 田永君 申請人:燕山大學