一种低成本高强度Mg-Zn-Y-Ce-Ca镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种低成本高强度Mg‑Zn‑Y‑Ce‑Ca镁合金及其制备方法，合金各组分按质量百分比为：Zn 5.0~6.0 wt.%，Y 0.15~0.45 wt.%，Ce 0.15~0.35 wt.%，Ca 0~1.0 wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质。制备方法包括：1)熔炼：将材料在CO2和SF6混合气体保护下加热熔化，搅拌静置，打捞浮渣，取出坩埚放入盐水中水冷，制得铸锭；2)机加工得到合适尺寸材料；3)在350℃下保温10~12h，之后在400℃下保温6h，取出淬火，得到均匀化处理后的材料；4)车皮后按挤压比为25:1在300℃~350℃下挤压，获得镁合金棒材。该方法加入的稀土含量在0.5%左右，Ca加入量也比较少，成本较低。材料制备工艺简单，经挤压变形后能提高合金的力学性能，仍保持良好的塑性，可以替代部分含锆的镁合金材料，适用于3C产品，轨道交通零部件等。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高强度Mg-Zn-Y-Ce-Ca镁合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料领域，具体涉及一种低成本高强度Mg-Zn-Y-Ce-Ca镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁是最轻的金属结构材料，密度仅为1.736g/cm3，是铝的2/3，是钢的1/4。同时镁及其合金还具有高的比强度、比刚度，良好的阻尼性、切削加工性和导热性，以及较强的电磁屏蔽能力、较好的铸造性能以及易回收再生等优点。近年来镁及镁合金已经被广泛应用于汽车、航空航天、电子和空间工业中，被誉为“世纪的绿色工程材料”，已经成为继钢和铝之后的第三大金属结构材料。但镁的晶体结构为密排六方结构，室温下滑移系少，强度低，塑性差，限制其广泛应用。目前通常采用合金化和改变加工工艺来提高合金的力学性能。Mg-Zn系是目前广泛使用的商用镁合金之一，国内外企业常用的Mg-Zn二元合金中Zn的含量大约在4%-6%(wt.%)之内，但是单纯的Mg-Zn二元合金由于结晶温度区间大，金属液流动性差，不易浇铸，不耐腐蚀，且Zn易产生显微疏松，引起镁合金热烈的倾向。因此，在实际生产中Mg-Zn系合金都要添加其他合金元素，改善合金组织提高合金性能，如Mg-Zn-Zr、Mg-Zn-RE、Mg-Zn-Ca系等镁合金。其中加入高含量稀土合金性能最优异，但合金成本会大幅提升。含Zr的Mg-Zn合金室温力学性能较好，但熔炼过程中Zr由于密度大沉降严重，需要加入更多原料补充，造成资源浪费和成本增加。而Mg-Zn-Ca合金中形成大块的第二相会降低合金的塑性。因此迫切需要继续开发低成本镁合金，而且能够结合常规塑性变形工艺来提高力学性能。专利技术内容针对现有技术存在上述的不足，本专利技术的目的是提供一种低成本高强度Mg-Zn-Y-Ce-Ca镁合金，本专利技术还提供所述镁合金的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种低成本高强度Mg-Zn-Y-Ce-Ca镁合金，成分质量百分比为：Zn5.0~6.0wt.%，Y0.15~0.45wt.%，Ce0.15~0.35wt.%，Ca0~1.0wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质。本专利技术还提供了所述镁合金的制备方法：包括如下步骤：1）熔炼：按所述组份配原料，所用原料为纯镁锭、纯锌锭、Mg-Y中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Ca中间合金，首先将原料及坩埚在200℃下预热，保温1h，之后在CO2和SF6混合气体保护下，将镁锭放入坩埚加热至700℃熔化，待全部熔化，将温度升至720℃，将锌锭和中间合金放入镁熔液中，熔化后搅拌2~5分钟，使其成分均匀，在720℃静置10~20分钟，静置完毕后打捞熔体表面浮渣，待温度降至700-710℃时取出坩埚放入盐水中水冷，制备出所需的镁合金铸锭；2）机加工：根据挤压机挤压筒尺寸，将上述铸锭车皮、锯切至合适尺寸；3）均匀化：将步骤2)中制备的镁合金铸锭用石墨覆盖，在350℃下保温10~12h，之后在400℃下保温6h，取出淬火，得到均匀化处理后的材料；4）热挤压：将步骤3)中的材料去除表面氧化皮，和挤压模具在350℃下预热1h，在300℃~350℃下挤压，挤压比为25:1，挤压速度为0.6~1.2m/min，获得镁合金棒材。本专利技术的有益效果在于：1．本专利技术提出的合金添加微量稀土元素Y、Ce、Ca，与Mg、Zn结合可形成高熔点的Mg-Zn-Y、Mg-Zn-Ce、Mg-Zn-Ca三元相。在挤压前的均匀化热处理可将第二相部分重新溶入基体，有效的减小合金的宏观偏析。在挤压过程中仍保留在基体中的第二相会破碎成细小颗粒，沿挤压方向分布，能有效促进动态再结晶，挤压过程中动态析出的弥散相分布在基体中，这些细小第二相颗粒和析出相可以钉扎晶界，阻碍再结晶晶粒的长大，得到细小的再结晶晶粒和有大量析出相的粗大的未再结晶区。细小的晶粒以及大量析出相十分有利于基体强化，经挤压后，屈服强度可达320MPa，抗拉强度可达361MPa，明显高于商用的ZK60镁合金，同时保持了较好的延伸率。2．本专利技术的合金原料是价格相对较低的锌锭和Mg-Ca中间合金，以及比较廉价的稀土中间合金Mg-Y、Mg-Ce，并且在制备的合金中是微量添加合金元素，充分利用了材料的综合作用。3．本专利技术工艺简单，容易操作，所采用的的熔炼炉、热处理炉、热挤压机均为常规设备，工业上易于实现，生成成本较低。4、本专利技术镁合金加入的稀土含量控制在0.5%左右，Ca加入量也比较少，成本较低。材料制备工艺简单，经挤压变形后能提高合金的力学性能，仍保持良好的塑性，可以替代部分含锆的镁合金材料，适用于3C产品，轨道交通零部件等。附图说明图1为实施例1镁合金挤压微观组织金相照片图2为实施例2镁合金挤压微观组织金相照片图3为实施例3镁合金挤压微观组织金相照片图4为实施例4镁合金挤压微观组织金相照片。具体实施方式下面参照附图结合具体实施例对本专利技术做进一步实施说明，应该说明的是，这些实施例是用于说明本专利技术，而不是对本专利技术的限制，本专利技术的保护范围不限于以下实施例。以下各实施例中所述工业纯镁和纯锌锭的纯度都在99.95%以上，Y是以25%的镁钇中间合金形式添加，Ce是以20%的镁铈中间合金形式添加，Ca是以20%的镁钙中间合金形式添加，熔炼保护气体为CO2和SF6混合气体（比例为99:1）。实施例1：一种新型低成本高强度Mg-Zn-Y-Ce-Ca镁合金，按质量百分比包括以下成分：Zn5.38wt.%,Y0.34wt.%,Ce0.19wt.%，余量为Mg。按上述配比和以下方式制备，就能得到本实施例的镁合金：1)合金冶炼与铸造：所用原料为纯镁锭、纯锌锭、Mg-25wt.%Y中间合金、Mg-20wt.%Ce中间合金。首先将原料及坩埚在200℃下预热，保温1h，之后在CO2和SF6混合气体（比例为99:1）保护下，将镁锭放入坩埚加热至700℃熔化，待全部熔化，将温度升至720℃，将锌锭和中间合金放入镁熔液中，熔化后搅拌2~5分钟，使其成分均匀，在720℃静置10~20分钟，静置完毕后打捞熔体表面浮渣，待温度降至700-710℃时取出坩埚放入盐水中水冷，制备出所需的镁合金铸锭；2)机加工：根据挤压机挤压筒尺寸，将上述铸锭车皮、锯切至合适尺寸；3)均匀化：将步骤2)中制备的镁合金铸锭用石墨覆盖，在350℃下保温10~12h，之后在400℃下保温6h，取出淬火，得到均匀化处理后的材料；4)热挤压：将步骤3)中的材料去除表面氧化皮，和挤压模具在350℃下预热1h，在350℃下挤压，挤压比为25:1，挤压速度为0.6~1.2m/min，获得直径为16mm的镁合金棒材。实施例2：一种新型低成本高强度Mg-Zn-Y-Ce-Ca镁合金，按质量百分比包括以下成分：Zn5.10wt.%,Y0.31wt.%,Ce0.18wt.%,Ca0.29wt.%，余量为Mg。按上述配比和以下方式制备，就能得到本实施例的镁合金：1)合金冶炼与铸造：所用原料为纯镁锭、纯锌锭、Mg-25wt.%Y中间合金、Mg-20wt.%Ce中间合金、Mg-20wt.%Ca中间合金。首先将原料及坩埚在200℃下预热，保温1h，之后在CO2和SF6混合气体（比例为99:1）保护下，将镁锭放入坩埚加热至700℃熔化，待全部熔化，将温度升至720℃，将锌锭和中间合金放入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本高强度Mg‑Zn‑Y‑Ce‑Ca镁合金，其特征在于，成分质量百分比为：Zn 5.0~6.0 wt.%，Y 0.15~0.45 wt.%，Ce 0.15~0.35 wt.%，Ca 0~1.0 wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种低成本高强度Mg-Zn-Y-Ce-Ca镁合金，其特征在于，成分质量百分比为：Zn5.0~6.0wt.%，Y0.15~0.45wt.%，Ce0.15~0.35wt.%，Ca0~1.0wt.%，其余为Mg和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的低成本高强度Mg-Zn-Y-Ce-Ca镁合金的制备方法：包括如下步骤：1)熔炼：按所述组份配原料，所用原料为纯镁锭、纯锌锭、Mg-Y中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Ca中间合金，首先将原料及坩埚在200℃下预热，保温1h，之后在CO2和SF6混合气体保护下，将镁锭放入坩埚加热至700℃熔化，待全部熔化，将温度升至720℃，将锌...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈先华，刘晓芳，潘复生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50