專利名稱：一種準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于耐熱鎂合金材料領域，具體涉及一種含Er的準晶增 強耐熱鎂合金的成分設計及其制備方法。
技術背景鎂合金作為最輕的金屬結構材料，具有高的比強度和比剛度、優(yōu) 良的鑄造性能和機械加工性能，被譽為"21世紀的綠色結構材料"， 有著廣泛的應用前景。但是常用的鑄造鎂合金牌號，例如AZ91，由 于其主要的強化相MgnAln的熔點僅為438° C,在高于IOO。 C環(huán)境使 用時強化相易軟化，從而導致合金高溫強度下降，限制了其應用范圍。近年來在Mg-Zn合金中添加稀土元素制備準晶增強的耐熱鎂合 金已有報道[Z. P. Luo， S. Q. Zhang, Y. L. Tang， D. S. Zhao, Scr, Metal 1. Mater. 1993, 28:1513]。準晶增強的Mg-Zn-Y-Zr合金經 熱軋后，晶粒變得細小。與商業(yè)用的AZ31、 AZ61和AZ91相比,由于 準晶顆粒的強化作用Mg-Zn-Y-Zr合金的屈服強度相對較高，且隨著 準晶相顆粒含量的增加而增加[D. H. Bae, M. H. Lee, K. T, Kim， W. T. Kim， D. H. Kim， J. Al loys Comp. 2002, 342: 445] 。 Yuan等人研究表 明與AE42合金相比，Mg-Zn-Gd基含準晶鎂合金具有更為優(yōu)異的抗 蠕變性能。在180° C、 80MPa、 10. 8ks的蠕變條件下，蠕變量為0. 5°/。， 穩(wěn)態(tài)蠕變速率為1. 4 x 10-7S-i[G. Y. Yuan, H. Kato, K. Amiya， A. Inoue， J. Mater. Res. 2005,20:1278]。準晶相能很有效地提高合 金的機械性能，但是，關于準晶增強鎂合金的研究只是集中在Mg-Zn-Y 和Mg-Zn-Gd系合金，通過在Mg-Zn系合金里添加其他的稀土元素， 制備準晶增強耐熱鎂合金很有必要。有研究表明在含鎂的鋅合金Zn-Mg-Er中，已發(fā)現(xiàn)了含有Mg、 Zn、 Er的準晶相[A. P. Tsai， A. Niikura, A. I廳e， T. Mas畫to， Phil. Mag. Lett. 1994, 70 (3): 169],但目前為止在含鋅的鎂合金里還沒有發(fā)現(xiàn)準晶相的存在 [Qudong Wang， DaquanLi, Qiang Li， Wen j iang Ding, Mater Sci Forum. 2007， 546-5": 105]。本發(fā)明研究了稀土元素鉺對Mg-Zn系合金的影 響，并發(fā)現(xiàn)了準晶相的存在，擴大了準晶相在鎂合金中的應用。 發(fā)明內容本發(fā)明目的在于提供一種含Er (質量百分比為2. 0 ~ 4. 0%)的準 晶增強耐熱鎂合金及其制備方法。本發(fā)明所提供的一種準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金中各組分及 其質量百分比為Zn含量為4. 5~5. 0%， Er含量為2. 0 ~ 4. 0%，雜質 元素Si含量《0. 02%， Fe含量《0.005%， Cu含量《0.015%, Ni含量 < 0. 002%， Mg為平tf含量。本發(fā)明所提供的一種準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金的制備方 法，包括以下步驟l)將鎂錠、鋅錠、Mg-Er中間合金按目標合金中組分的重量百分 比進行備料，并在烘箱中預熱至140~160°C;2 )將鎂合金熔煉覆蓋劑在烘箱中預熱至140 ~ 160°C ，鎂合金熔 煉覆蓋劑用量與目標合金總質量比為1/200 ~ 1/50;3) 將坩堝電阻爐設定加熱溫度為780°C，當坩堝溫度升至200 ~ 250。C時，在坩堝中加入步驟1 )中預熱的鎂錠和鋅錠，并撒上步驟2 ) 中預熱的鎂合金熔煉覆蓋劑；4) 待坩堝中加入的鎂錠與鋅錠完全熔化后，加入步驟1)中預 熱的Mg-Er中間合金，熔化后得到Mg-Zn-Er合金熔液，攪拌2 ~ 5分 鐘，攪拌完成后保溫3G分鐘；5 )將Mg-Zn-Er合金熔液溫度調整至720 ~ 740°C ,靜置3 ~ 5分 鐘后，撇去Mg-Zn-Er合金熔液表面浮渣及鎂合金熔煉覆蓋劑，將 Mg-Zn-Er合金熔液澆注于金屬模中，制得準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂 合金。其中，所述的鎂合金熔煉覆蓋劑的組分及其質量百分比為BaCl2 (純度99. 9% )含量為35%， LiCl (純度99. 9% )含量為30%, CaF2 (純 度99. 9% )含量為25%和KC1 (純度99. 9% )含量為10%;所述的鎂合 金熔煉覆蓋劑是按上述成分分別稱量BaCl2、 LiCl、 CaF2和KC1四種 化學物質，置于研缽中攪拌，混合均勻后放到烘箱中150。C下加熱2h 制得的，該覆蓋劑最終不存在于目標合金中。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明具有以下有益效果 本發(fā)明所制備的含Er的準晶增強耐熱鎂合金具有較高的高溫強 度和抗蠕變性能?？梢宰鳛槠嚢l(fā)動機及傳動系統(tǒng)零部件的結構材 料，也可以使用在需要較高服役溫度下的其他結構零件材料，擴大了 鎂合金的應用范圍。


圖1:實施例1制備的準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金的顯微組 織照片。圖2:實施例1制備的準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金所含準晶的透射電鏡明場圖及相應的衍射斑和能譜。其中，圖2 U)為合金顯微組織的透射電鏡明場圖，(b )、 ( c )分別為準晶相(圖(a )中"A"處的衍射斑及能語分析圖。圖3:實施例1制備的準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金在175°C/7畫Pa條件下的蠕變曲線。下面結合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳述。
具體實施方式
實施例11) 分別將稱量的鎂錠800克、鋅錠56克、Mg-Er中間合金270 克和覆蓋劑6克(其中BaCh為2.1, LiCl為1. 8克、CaF2為1. 5克 和KC1為0. 6克)置于烘箱中預熱至150°C;2) 將坩堝電阻爐設定加熱溫度為780°C,當石墨坩堝溫度升至 2 30 °C時，在石墨蚶堝中加入鎂錠和鋅錠，并撒上6克鎂合金熔煉覆 蓋劑；3) 待石墨坩堝中加入的鎂錠與鋅錠完全熔化后，加入Mg-Er中 間合金。熔化后，對Mg-Zn-Er合金熔液攪拌4分鐘，攪拌完成后保 溫30分鐘；4 )將Mg-Zn-Er合金熔液溫度調整至73CTC ,靜置4分鐘后，撇 去Mg-Zn-Er合金熔液表面浮渣及鎂合金熔煉覆蓋劑，將Mg-Zn-Er合 金熔液澆注于金屬模中，制得準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金。分析 合金成分(質量百分比)為Zn: 4. 8%, Er: 2. 4%，雜質元素Si《0. 02%, Fe《0.005%, Cu《0.015%， Ni < 0. 002%,余量為Mg。本發(fā)明的含Er的準晶增強耐熱鎂合金在175。C溫度條件下，抗 拉強度為148 MPa,伸長率為12 °/。；在溫度為175°C,應力為70MPa 的蠕變條件下，100小時的總蠕變量為0.19%。合金的顯微組織見圖 1、圖2,蠕變曲線見圖3。實施例21) 分別將稱量的鎂錠850克、鋅錠57克、Mg-Er中間合金2" 克和覆蓋劑12克(其中BaCl2為4. 2, LiCl為3. 6克、CaFs為3. 0克 和KC1為1. 2克)置于烘箱中預熱至14(TC;2) 將坩堝電阻爐設定加熱溫度為780°C,當石墨坩堝溫度升至200。C時，在石墨坩堝中加入鎂錠和鋅錠，并撒上12克鎂合金熔煉覆 蓋劑；3)待石墨坩堝中加入的鎂錠與鋅錠完全熔化后，加入Mg-Er中 間合金，熔化后，對Mg-Zn-Er合金熔液攪拌2分鐘，攪拌完成后保 溫30分鐘；4 )將Mg-Zn-Er合金熔液溫度調整至74Q。C ，靜置3分鐘后，撇 去Mg-Zn-Er合金熔液表面浮渣及鎂合金熔煉覆蓋劑，將Mg-Zn-Er合 金熔液澆注于金屬模中，制得準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金。分析 合金成分(質量百分比)Zn: 4.5%, Er: 2.1%,雜質元素Si < 0. 02%, Fe< 0.005%， Cu《0.015%， Ni《0. 002%，余量為Mg。本發(fā)明的合金在175。C溫度條件下，抗拉強度為140 MPa,伸長 率為16%;在溫度為175°C，應力為7畫Pa的蠕變條件下，100小時 的總蠕變量為0. 3 %。實施例31) 分別將稱量的鎂錠780克、鋅錠70克、Mg-Er中間合金540 克和覆蓋劑26克(其中BaC"為9.1， LiCl為7. 8克、CaF;為6. 5克 和KC1為2. 6克)置于烘箱中預熱至160°C;2) 將坩堝電阻爐設定加熱溫度為780°C,當石墨坩堝溫度升至 25(TC時，在石墨坩堝中加入鎂錠和鋅錠，并撒上26克鎂合金熔煉覆 蓋劑；3) 待石墨坩堝中加入的鎂錠與鋅錠完全熔化后，加入Mg-Er中 間合金。熔化后，對Mg-Zn-Er合金熔液攪拌5分鐘，攪拌完成后保 溫30分鐘；4) 將Mg-Zn-Er合金熔液溫度調整至72(TC,靜置5分鐘后，撇 去Mg-Zn-Er合金熔液表面浮渣及鎂合金熔煉覆蓋劑，將Mg-Zn-Er合金熔液澆注于金屬模中，制得準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金。分析 合金成分(質量百分比)Zn: 4.9%, Er: 3.9%,雜質元素Si < 0. 02%, Fe《0.005%, Cu《0.015%, Ni《0.002%,其余為Mg。本發(fā)明的合金在175。C溫度條件下，抗拉強度為l"MPa,伸長率 為11%;在溫度為175°C,應力為7畫Pa的蠕變條件下，100小時的 總蠕變量為0. 4%。
權利要求
1、一種準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金，其特征在于，各組分及其質量百分比為Zn含量為4.5～5.0％，Er含量為2.0～4.0％，雜質元素Si含量≤0.02％，F(xiàn)e含量≤0.005％，Cu含量≤0.015％，Ni含量≤0.002％，Mg為平衡含量。
2、 權利要求1所述的一種準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金的制備方法， 其特征在于，包括以下步驟1)將鎂錠、鋅錠、Mg-Er中間合金按目標合金中組分的重量百分比進行 備料，并在烘箱中預熱至140~ 160°C;2 )將鎂合金熔煉覆蓋劑在烘箱中預熱至140 ~ 16(TC ,鎂合金熔煉覆蓋劑 用量與目標合金總質量比為1/200 - 1/50;3)將坩堝電阻爐設定加熱溫度為780°C，當坩堝溫度升至200 25(TC時， 在坩堝中加入步驟l)中預熱的鎂錠和鋅錠，并撒上步驟2)中預熱的鎂合金 熔煉覆蓋劑；4 )待坩堝中加入的鎂錠與鋅錠完全熔化后，加入步驟1)中預熱的Mg-Er 中間合金，熔化后得到Mg-Zn-Er合金熔液，攪拌2 ~ 5分鐘，攪拌完成后保 溫30分鐘；5 )將Mg-Zn-Er合金熔液溫度調整至72G ~ 740°C ,靜置3 ~ 5分鐘后，撇 去Mg-Zn-Er合金熔液表面浮渣及鎂合金熔煉覆蓋劑，將Mg-Zn-Er合金熔液 澆注于金屬模中，制得準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金。
3、 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的鎂合金熔煉覆蓋劑 的組分及其質量百分比為BaCL為35%， LiCl為30%， CaF2》25%， KC1為10%。
全文摘要
一種準晶增強Mg-Zn-Er耐熱鎂合金及其制備方法屬于耐熱鎂合金材料領域。本發(fā)明所提供的合金中各組分及其質量百分比為Zn為4.5～5.0％，Er為2.0～4.0％，雜質元素Si含量≤0.02％，F(xiàn)e含量≤0.005％，Cu含量≤0.015％，Ni含量≤0.002％，余量為Mg。本發(fā)明通過將預熱至140～160℃的鎂合金熔煉覆蓋劑、鎂錠和鋅錠加入到200～250℃的坩堝中，設定熔煉爐溫度為780℃后開始加熱，并撒上鎂合金熔煉覆蓋劑，待坩堝中的合金熔化后加入Mg-Er中間合金，經攪拌，撇去Mg-Zn-Er合金液表面浮渣及覆蓋劑后澆鑄于金屬模中。本發(fā)明的合金具有較高的高溫強度和抗蠕變性能。
文檔編號C22C23/00GK101235454SQ200810101469
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權日2008年3月7日
發(fā)明者李建輝, 李淑波, 杜文博 申請人:北京工業(yè)大學