一种高强耐热稀土镁合金及其制备方法技术

技术编号:19447814 阅读:40 留言:0更新日期:2018-11-14 17:04
本发明专利技术提供了一种高强耐热稀土镁合金,成分为:2~6wt%的Sm;0~3wt%的Nd;2~5wt%的重稀土元素;0.5~4wt%的Zn;0.2~3wt%的Zr;余量为Mg及不可避免的杂质。本发明专利技术利用Sm、重稀土等元素对Zr元素的电子偏移状态的影响,使富Zr环中的Zr在热处理过程中以Zn‑Zr耐热化合物的形式在镁合金基体的锥面析出。在高温条件下,Zn‑Zr相会有效抑制非基面滑移,在此基础上通过热处理形成Mg‑RE析出相强化镁合金基体。本发明专利技术的镁合金中两类相的存在可以有效抑制高温柱面滑移、锥面滑移和基面滑移,提高镁合金高温强度。本发明专利技术还提供了一种高强耐热稀土镁合金的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种高强耐热稀土镁合金及其制备方法
本专利技术涉及镁合金
,尤其涉及一种高强耐热稀土镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金为最轻的金属结构材料,具有比强度和比刚度高、减振降噪和电磁屏蔽性能好、抗动态冲击载荷能力强、资源丰富等一系列优点,使其在国民经济和国防建设中有着重大应用前景。Mg-Zn和Mg-Al系传统镁合金高温强度较低,目前的应用主要集中在非承载结构件中。随着武器装备的发展,对轻量化和强度要求越来越高,在大飞机、载人航天、探月工程、轨道交通等国家重大工程和军事领域对轻量化和减重提出了非常苛刻的要求。因此,具有优异耐热性能的镁合金已成为航天航空、国防军事及现代化工业发展中的重要材料。目前高强镁合金中,稀土镁合金是性能最好的耐热镁合金之一。稀土镁合金中的稀土强化主要是通过时效强化来实现,即在固溶了稀土元素后在特定的时效温度下,使在高温固溶的合金元素以某种形式析出(金属间化合物),形成弥散分布的硬质质点,对位错切过造成阻力,使强度增加。在时效过程中析出的沉淀硬化相可以有效阻碍基面位错运动,显著提高镁合金的强度。如何利用合金化、形变等手段来调控析出相的析出行为,已达到良好的性能是广大学者所关心的问题。现有技术尽管能够通过稀土析出相有效钉扎基面滑移,但是若想在高温情况下钉扎非基面滑移,需要消耗更多的稀土,形成基面析出相,使合金的成本增加。因此,如何获得一种耐高温性能而且成本较低的稀土镁合金成为本领域技术人员研究的热点。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种高强耐热稀土镁合金及其制备方法,本专利技术提供的高强耐热稀土镁合金具有良好的高温性能而且成本较低。本专利技术以Zn-Zr析出相、Mg-RE柱面析出相复合强化的方式设计高强耐热稀土镁合金。本专利技术提供了一种高强耐热稀土镁合金,成分为:2~6wt%的Sm;0~3wt%的Nd;2~5wt%的重稀土元素;0.5~4wt%的Zn;0.2~3wt%的Zr;余量为Mg及不可避免的杂质。在本专利技术中,所述Sm的质量含量优选为3~5%,更优选为3.5~4.5%,最优选为4%。在本专利技术中,所述Nd的质量含量优选为0.5~2.5%,更优选为1~2%,最优选为1.5%。在本专利技术中,所述Nd为较昂贵的稀土元素,考虑到镁合金的成本,优选不添加Nd元素。在本专利技术中,所述重稀土元素优选选自Gd、Y、Dy、Ho和Er中的一种或几种,更优选为Gd和Y中的一种或两种。本专利技术优选采用上述特定的重稀土元素,在本专利技术中,Sm与特定的重稀土元素配合作用能够更好的促进Zn-Zr相析出,从而使本专利技术提供的高强耐热镁合金具有更好的性能。在本专利技术中,所述重稀土元素的质量含量优选为3~5%,更优选为3.5~4.5%,最优选为4%。在本专利技术中,所述Zn的质量含量优选为1~3%,更优选为1.5~2.5%,最优选为2%。在本专利技术中,所述Zr的质量含量优选为0.5~2.5%,更优选为1~2%,最优选为1.5%。在本专利技术中,Zn和Zr的质量含量优选较多,以便能够析出较多的Zn-Zr析出相,提高本专利技术提供的高强耐热镁合金的性能。在本专利技术中,所述Zn和Zr的质量百分含量的比值优选为(1~3):1,更优选为(1.5~2.5):1,最优选为2:1。本专利技术中Zn和Zr的质量百分含量的比例优选大于1:1(Zn元素含量较Zr元素偏多),能够更加有利于Zn-Zr锥面析出相的产生,从而使本专利技术制备得到的高强耐热稀土镁合金具有更好的性能。在本专利技术中,所述高强耐热稀土镁合金的成分优选为:3~5wt%的Sm;3~5wt%的重稀土元素;1~3wt%的Zn;0.2~2wt%的Zr;余量为Mg及不可避免的杂质。在本专利技术中,所述高强耐热稀土镁合金的成分最优选为:4.5wt%的Sm;3.5wt%的重稀土元素,所述重稀土元素优选为Gd或Y;2wt%的Zn;1.5wt%的Zr;余量为Mg及不可避免的杂质。本专利技术提供了一种上述技术方案所述的高强耐热稀土镁合金的制备方法,包括以下步骤:(1)将Mg源、Nd源、Sm源、Zn源、Zr源和重稀土源进行配料;(2)将Mg源进行熔炼,得到Mg合金液;(3)将所述Mg合金液和Sm源、Nd源、Zn源和重稀土源进行熔炼,得到混合液;(4)将所述混合液和Zr源进行熔炼,得到合金液;(5)将所述合金液浇铸,得到铸态镁合金;(6)将所述铸态镁合金进行热处理,得到高强耐热稀土镁合金。本专利技术对所述Mg源没有特殊的限制,采用本领域技术人员制备镁合金常规使用的Mg源即可,如可采用高纯镁锭。本专利技术对所述Zn源没有特殊的限制,采用本法领域技术人员制备镁合金常规使用的Zn源即可,如可采用高纯锌。本专利技术对所述Sm源没有特殊的限制,采用本领域技术人员制备稀土镁合金常规使用的Sm源即可,如可采用Mg-Sm中间合金;所述Mg-Sm中间合金中Sm的质量含量优选为20~30%,更优选为22~28%,最优选为24~26%。本专利技术对所述Nd源没有特殊的限制,采用本领域技术人员制备稀土镁合金常规使用的Nd源即可,如可采用Mg-Nd中间合金;所述Mg-Nd中间合金中Nd的质量含量优选为20~30%,更优选为22~28%,最优选为24~26%。本专利技术对所述重稀土源没有特殊的限制,采用本领域技术人员制备稀土镁合金常规使用的重稀土源即可,如可采用Mg-重稀土中间合金;所述重稀土元素在Mg-重稀土中间合金中的质量含量优选为25~35%,更优选为28~32%,最优选为30%。本专利技术对所述Zr源没有特殊的限制,采用本领域技术人员制备稀土镁合金常规使用的Zr源即可,如可采用Mg-Zr中间合金;所述Mg-Zr中间合金中Zr的质量含量优选为20~30%,更优选为22~28%,最优选为24~26%。在本专利技术中,所述Mg源、Sm源、Nd源、Zn源、Zr源和重稀土源的用量使制备得到的高强耐热稀土镁合金的成分满足上述技术方案所述的成分要求即可。在本专利技术中,所述配料过程中优选将所述Mg源、Sm源、Nd源、Zn源、Zr源和重稀土源除去其表面的氧化皮并进行预热;所述预热的温度优选为200~300℃,更优选为220~280℃,最优选为240~260℃。在本专利技术中,将Mg源进行熔炼的方法优选为:将坩埚预热后加入Mg源熔炼并通入保护气体。在本专利技术中,所述坩埚预热的温度优选为500~600℃,更优选为520~580℃,最优选为540~560℃。在本专利技术中,Mg源进行熔炼的温度优选为720~740℃,更优选为725~735℃,最优选为730℃。在本专利技术中,所述保护气体优选为SF6和CO2的混合气。在本专利技术中,所述保护气体中SF6和CO2的体积比优选为1:(80~120),更优选为1:(90~110),最优选为1:100。在本专利技术中,待Mg源完全熔化后优选向得到的Mg合金液中加入上述预热后的Sm源、Nd源、Zn源和重稀土源进行熔炼。在本专利技术中,所述熔炼的过程中优选进行均匀搅拌。在本专利技术中,所述搅拌的时间优选为5~15分钟,更优选为8~12分钟,最优选为10分钟。在本专利技术中,得到混合液后优选加入上述预热的Zr源进行熔炼。在本专利技术中,所述熔炼的过程中优选进行均匀搅拌,所述熔炼的温度优选为760~800℃,更优选为770~790℃,最优选为780℃。在本专利技术中,所述搅拌的时间优选为5~15分钟,更优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强耐热稀土镁合金,成分为:2~6wt%的Sm;0~3wt%的Nd;2~5wt%的重稀土元素;0.5~4wt%的Zn;0.2~3wt%的Zr;余量为Mg及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强耐热稀土镁合金,成分为:2~6wt%的Sm;0~3wt%的Nd;2~5wt%的重稀土元素;0.5~4wt%的Zn;0.2~3wt%的Zr;余量为Mg及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高强耐热稀土镁合金,其特征在于,所述重稀土元素选自Gd、Y、Dy、Ho和Er中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的高强耐热稀土镁合金,其特征在于,所述Zn和Zr的质量百分含量的比值为(1~3):1。4.根据权利要求1所述的高强耐热稀土镁合金,其特征在于,所述高强耐热稀土镁合金的成分为:3~5wt%的Sm;3~5wt%的重稀土元素;1~3wt%的Zn;0.2~2wt%的Zr;余量为Mg及不可避免的杂质。5.一种权利要求1所述的高强耐热稀土镁合金的制备方法,包括以下步骤:(1)将Mg源、Nd源、Sm源、Zn源、Zr源和重稀土源进行配料;(2)将Mg源进行熔炼,得到Mg合金...

【专利技术属性】
技术研发人员:张洪杰程丽任车朝杰佟立波孟健
申请(专利权)人:中国科学院长春应用化学研究所
类型:发明
国别省市:吉林,22

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