本發(fā)明屬于金屬材料鑄造，具體涉及一種高強高耐蝕半固態(tài)鎂合金及其制備方法。

背景技術：

1、隨著輕量化和高性能材料在航空航天、汽車工業(yè)及電子設備等領域的廣泛應用，鎂合金因其是最輕的結構金屬材料（密度僅為鋁的2/3，鐵的1/4）而受到越來越多的關注。

2、然而，盡管鎂合金在輕量化方面展現(xiàn)出了無可比擬的優(yōu)勢，但其固有的某些性能短板也不容忽視。傳統(tǒng)鎂合金在強度與耐蝕性方面存在較為明顯的不足，這在一定程度上限制了它們在高強度要求或惡劣環(huán)境條件下的廣泛應用。在航空航天領域，飛行器需要承受極端的飛行條件與復雜的氣候環(huán)境，對材料的強度、韌性與耐腐蝕性有著極為嚴格的要求；而在汽車工業(yè)中，隨著電動汽車與自動駕駛技術的快速發(fā)展，車輛對于輕量化材料的需求日益迫切，但同時也要求這些材料能夠具備良好的碰撞安全性能與長期使用中的耐腐蝕性能。

3、為了克服這些缺陷，開發(fā)高強度、高耐蝕性的鎂合金材料顯得尤為重要。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高強高耐蝕半固態(tài)鎂合金及其制備方法，所述高強高耐蝕半固態(tài)鎂合金不僅強度高，力學性能優(yōu)異，還具有高耐蝕性。

2、一種高強高耐蝕半固態(tài)鎂合金，按重量百分比計，其成分為gd：5.0%~7.0%、y：2.0%~3.0%、zn：0.5%~1.0%、zr：0.2%~0.3%，余量為鎂和微量不可避免的雜質元素。

3、通過在鎂合金中引入特定比例的稀土元素gd、y，和金屬元素zn、zr，能夠在提高鎂合金耐腐蝕性的同時，提高其力學性能。這可能是因為gd和y一方面析出的第二相mg5(gd,y)與mg基體之間的電位差較小，且經半固態(tài)鑄造后第二相分布均勻，形成了更均勻和更弱的微電偶腐蝕，從而產生了更致密的腐蝕膜，有效地阻止了有害陰離子的滲透；另一方面通過有效細化晶粒結構，提升材料的力學性能，同時提高氧化膜的致密性與穩(wěn)定性，顯著改善耐腐蝕性。zn在鎂合金中的添加具有顯著的固溶強化作用，顯著提高合金的屈服強度和抗拉強度。此外，zr在合金中的添加有助于優(yōu)化微觀組織，促進晶粒分布更加均勻，有利于提高合金的力學性能。合理的成分設計與加工手段能夠使得鎂、稀土元素、鋅和鋯之間形成良好的相互作用，進而使鎂合金的力學性能和耐蝕性能協(xié)同提高。

4、所述雜質元素包括但不限于fe、cu、ni中的一種或多種。

5、優(yōu)選的，所述高強高耐蝕半固態(tài)鎂合金，按重量百分比計，其成分為gd：5.97%，y：2.34%，zn：0.73%，zr：0.26%，余量為鎂和微量不可避免的雜質元素。

6、所述高強高耐蝕半固態(tài)鎂合金的制備方法，包括以下步驟：

7、s1、按所述高強高耐蝕半固態(tài)鎂合金的元素的重量百分比稱取鎂錠、鋅塊，以及mg-gd、mg-y和mg-zr中間合金；

8、s2、原料投入感應熔煉爐中，在保護氣氛下，加熱攪拌保溫得到熔體；

9、s3、在保護氣氛下，將步驟s2所得熔體進行精煉除氣、除渣、攪拌后，靜置保溫8~12min；

10、s4、將步驟s3所得熔體轉移到容器中，降溫至半固態(tài)區(qū)，不斷攪拌后澆鑄倒入已預熱好的模具中風冷成鑄錠，得到鎂合金鑄件；

11、s5、在室溫下，將鎂合金鑄件放入旋鍛模具中，進行旋鍛加工，得到具有高強高耐蝕半固態(tài)鎂合金。

12、優(yōu)選的，所述mg-gd、mg-y和mg-zr中間合金的各金屬的重量百分比分別為mg-30gd、mg-30y和mg-30zr。

13、所述步驟s2的具體操作步驟為：

14、a1、將鎂錠、鋅塊投入感應熔煉爐中，在保護氣氛下，加熱至715~725℃，完全熔化后保溫8~12min；

15、a2、在保護氣氛下，加入mg-gd和mg-y中間合金，完全熔化成熔體后，攪拌保溫8~12min；升溫至745~755℃，再加入mg-zr中間合金，完全熔化成熔體后，攪拌保溫20~30min。

16、通過分三次加入原料，并且控制溫度，能夠提高鎂合金的抗腐蝕性能和力學性能。這可能是因為各元素的熔點及在體系中起到的作用不同。鎂和鋅是鎂合金的主要組成元素，它們的熔化溫度相對較低，且鎂的活性較高，需要在保護氣氛下進行熔化以防止氧化；接著加入mg-gd和mg-y中間合金，不僅可以避免合金元素在熔體中的局部濃度過高，從而確保合金元素在熔體中的均勻分布，還能避免高溫下合金元素的過度揮發(fā)和氧化；最后加入mg-zr中間合金能夠起到細化整體晶粒的作用，在較高的溫度下加入mg-zr中間合金，可以確保zr元素充分溶解并均勻分布在熔體中。通過依次加入合金元素不僅有助于減少合金中的夾雜物和缺陷，從而提高合金的致密度和耐腐蝕性，還可以確保合金元素在熔體中的均勻分布，從而提高合金的強度和韌性。

17、優(yōu)選的，所述保護氣氛為sf6和co2混合氣體。

18、優(yōu)選的，所述sf6和co2的體積比為1：（28~32）。

19、通過在特定體積比下的sf6和co2保護氣氛中進行熔煉，能夠在提高鎂合金抗腐蝕性能的同時，提高其力學性能。這可能是因為兩種氣體協(xié)同作用，一方面不僅能夠形成致密的氧化膜，還能夠冷卻熔體的表面，降低溶液的蒸汽壓，并抑制空氣與熔體的接觸，從而有效阻止鎂合金的氧化，另一方面合適的sf6和co2體積比不僅可以促進鎂合金在熔煉過程中的晶粒細化，減少材料的缺陷和應力集中點，提高其強度和韌性，還會促進合金元素在鎂合金中的均勻分布，從而提高其力學性能和抗腐蝕性能。過高的sf6體積量雖然會使得鎂合金表面的氧化膜可能更加致密，從而提高其抗腐蝕性能，但會增加環(huán)境污染和成本，還會對鎂合金的力學性能產生不利影響。而co2的體積比過高時，會降低氧化膜的保護效果，導致鎂合金更容易受到腐蝕。

20、優(yōu)選的，所述半固態(tài)區(qū)的溫度為590~610℃。

21、選用特定溫度下的半固態(tài)鑄造工藝能夠提高鎂合金的強度和韌性。這可能是因為一方面合金中的氣孔、鎖孔等鑄造缺陷往往會成為應力集中源，影響材料的力學性能，而在本發(fā)明所述的半固態(tài)區(qū)溫度中，高強高耐蝕半固態(tài)鎂合金的混合金屬液能夠在固液兩相區(qū)內有序流動，不僅能夠避免液態(tài)金屬混亂、不可控的宏觀流動狀態(tài)，從而減少氣孔的產生，而且半固態(tài)金屬在凝固過程中的體積收縮率較小，從而減少產生的縮孔體積，提高鎂合金的強度和韌性。另一方面半固態(tài)鑄造過程中，固態(tài)和液態(tài)相的共存有助于細化晶粒，改善鑄件的微觀結構，從而進一步提升其力學性能。過低的溫度會導致鑄造缺陷增多，而過高的溫度優(yōu)惠導致晶粒長大和相變，均會影響其力學性能。

22、優(yōu)選的，所述步驟s4的攪拌速率為85~95r/min。

23、優(yōu)選的，所述旋鍛加工的具體條件為：總功率為36~38kw，旋鍛轉速為915~925r/min，旋鍛時間為90~120s。

24、將鎂合金鑄件進行旋鍛，并控制旋鍛條件，能夠進一步提高鎂合金的力學性能。這可能是因為一方面通過旋鍛工藝，在鎂合金中引入了大量的位錯，這些位錯會相互釘住和糾纏，阻礙位錯滑動，從而提高鎂合金的力學性能。另一方面旋鍛過程中，鎂合金鑄件受到強烈的塑性變形，能使鑄件內部的晶粒得到細化，減少了粗大晶粒的比例的同時，還能促進鑄件內部組織的均勻化，減少或消除缺陷（如氣孔、夾雜物等），進一步提升了材料的整體性能。

25、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為：

26、1.本發(fā)明提供一種高強高耐蝕半固態(tài)鎂合金，通過合理的成分設計與先進的加工手段，可以顯著提升鎂合金的力學性能和耐蝕性能，為傳統(tǒng)鎂合金在實際應用中遇到的強度不足與耐蝕性差的問題提供有效解決方案。

27、2.本發(fā)明通過在鎂合金中引入特定比例的稀土元素gd、y，和金屬元素zn、zr，能夠在提高鎂合金耐腐蝕性的同時，提高其力學性能。

28、3.本發(fā)明通過分三次加入原料，并且控制溫度，能夠提高鎂合金的抗腐蝕性能和力學性能。

29、4.本發(fā)明通過在特定體積比下的sf6和co2保護氣氛中進行熔煉，能夠在提高鎂合金抗腐蝕性能的同時，提高其力學性能。

30、5.本發(fā)明選用特定溫度下的半固態(tài)鑄造工藝能夠提高鎂合金的強度和韌性。

31、6.本發(fā)明將鎂合金鑄件進行旋鍛，并控制旋鍛條件，能夠進一步提高鎂合金的力學性能。