本发明专利技术为一种低成本高室温塑性变形镁合金及其制备方法。该合金为Mg‑Bi‑Sn‑Zr‑Ca‑Y合金，其化学成分质量百分比为：Bi 2～5.0wt％；Sn 2～5.0wt％；Zr 0.5～1.2wt％；Ca 0.1～0.8wt％；Y 0.01～0.08wt％，其余为Mg及不可避免的杂质；并且，质量比Bi：Ca＝6～7:1。本发明专利技术用极其简单的加工手段，就可以得到高室温塑性的变形镁合金，其室温延伸率达到35％以上，同时原材料及加工成本低廉，易实现大批量生产。
【技术实现步骤摘要】
一种低成本高室温塑性变形镁合金及其制备方法
本专利技术涉及金属材料和金属材料加工领域，特别涉及一种低成本高室温塑性变形镁合金及其制备方法；该新型镁合金可作为潜在的耐热镁合金及生物医用镁合金材料。
技术介绍
能源、材料和信息是人类社会发展的三大支柱，随着节能减排形势的日益严峻,开发和利用资源丰富的轻质镁基材料是必然趋势。镁密度约为1.74g/cm3，约为铝合金的2/3，钢铁的1/4，镁合金具有密度小,比强度、比刚度较高,电磁屏蔽效果佳,阻尼减震性好等一系列优点,被誉为“二十一世纪绿色金属工程材料”,在航空航天、电子通讯和交通运输等领域具有广阔的应用前景。目前,从全球镁合金的需求和研发状况看,镁合金开发研究工作主要朝着高强镁合金，高塑性镁合金，耐热镁合金，纤维或颗粒增强镁基复合材料等方向发展。然而，在高塑性镁合金开发方面，由于镁及其绝大多数合金的晶体结构为密排六方，低温(＜220℃)条件下可启动的滑移系少导致其室温塑性不佳。只有在较高温度下柱面滑移和锥面滑移系才能够启动，改善镁合金的塑性。但在镁合金加工过程中，温度太高往往导致镁合金晶粒粗化，恶化合金的力学性能，同时加热保温等工序也提高了合金加工成本。因此开发在室温或较低温度下具有优异塑性的镁合金有利于实现镁合金在低温下甚至室温下的塑性加工，进而避免合金组织恶化，提高产品性能，同时降低其进一步加工过程中由坯料加热引入的能耗等成本，极大促进镁合金作为新型绿色材料在汽车、轨道交通、航空等领域的广泛应用。近年来，随着对交通运输工具轻量化要求的日益迫切，已有大量研究工作通过各种方法来制备高室温塑性镁合金，国内外逐渐有一些高室温塑性镁合金被陆续开发出来。专利1(申请公布号：CN1616697C)公开了一种含稀土钇的高塑性镁合金，由Mg、Zn、Zr、Y组成，其各组分质量百分比为Zn：5.0-8.5％；Zr：0.6-0.8％；Y0.7-2.0％，剩余部分为镁和不可避免杂质。挤压加工后，该合金室温延伸率可以达到18.37-21.45％,整体塑性仍然偏低。专利2(申请公布号：CN102925771A)公开了一种高室温塑性镁合金材料及其制备方法：按质量百分比Li：1.0-5.0％，Al：2.5-3.5％,Zn：0.7-1.3％,Mn：0.2-0.5％,杂质≤0.3％，镁余量。通过将配方的纯锂和AZ31镁合金再抽真空并通入惰性气体的条件下熔炼制得，所得合金室温下延伸率在14-31％之间。合金熔炼工艺复杂，且整体室温延伸率仍然偏低。专利3(申请公布号：CN102061414A)公开了一种高塑性镁合金及其制备方法，其成分为：Al：0.5-2％，Mn：2％，Ca：0.02-0.1％，余量为镁，其室温延伸率可以达到25％。改专利技术合金成本较低，但延伸率仍整体偏低。这些已有相关专利技术，或制备工艺过程对生产条件要求较高，或含有较多稀土元素等贵金属元素，这些都直接或间接增加了合金成本，并且大多合金具有的室温塑性仍然偏低。为更好地满足消费电子、汽车等行业对高强镁合金低成本、易加工、高性能的要求，迫切需要开发出能够运用简单的生产加工过程制备不含稀土或含有微量稀土的低成本高室温塑性的镁合金材料，以直接使用或作为坯料进行进一步低温塑性加工以提高合金性能，从而促进镁合金的进一步推广应用。
技术实现思路
针对现有高室温塑性镁合金存在的室温塑性不足够高，或大量使用多种稀土元素和高价合金元素或加工工艺要求苛刻，导致成本过高等问题，提供一种低成本高室温塑性变形镁合金及其制备方法。该合金为一种新型的Mg-Bi-Sn-Zr-Ca-Y合金，在Mg-Bi合金基础上引入Sn元素，和微量Zr、Ca、Y元素进行多元微量复合合金化，同时控制Bi元素和Ca元素的比例，避免Mg2Ca相的生成，以免合金塑性的恶化。制备方法中，本专利技术在熔炼过程中需要在较高温度(750℃)下进行，浇铸过程无需保护气体保护，在大气氛围下可以直接浇铸。本专利技术用极其简单的加工手段，就可以得到高室温塑性的变形镁合金，其室温延伸率达到35％以上，同时原材料及加工成本低廉，易实现大批量生产。本专利技术的技术方案是：一种低成本高室温塑性变形镁合金，该合金为Mg-Bi-Sn-Zr-Ca-Y合金，其化学成分质量百分比为：Bi2～5.0wt％；Sn2～5.0wt％；Zr0.5～1.2wt％；Ca0.1～0.8wt％；Y0.01～0.08wt％，其余为Mg及不可避免的杂质；并且，质量比Bi：Ca＝6～7:1。所述的低成本高室温塑性变形镁合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料：以纯Mg锭、纯Bi块、纯Sn块、Mg-Zr中间合金、Mg-Ca中间合金和Mg-Y中间合金为原料，按照所述的镁合金成分进行配料；2)熔炼：将纯Mg锭放入熔炼炉的坩埚中，设定炉温700～730℃并保持，待其熔化后，分别将预热到50～80℃的纯Bi块、纯Sn块，以及预热到100～150℃的Mg-Zr中间合金、Mg-Ca中间合金和Mg-Y中间合金加入到镁熔液中；接着升高熔炼温度至750～780℃，并保温10～30分钟至合金熔化，然后搅拌3～10分钟，向熔体内通入高纯Ar气进行精炼除气处理；调节控制温度在750℃～760℃，保温静置3～10分钟；以上熔炼和保温静置过程均在CO2/SF6混合气体保护下进行；3)浇铸：将静置后的镁合金熔体浇注到预热到200～250℃的模具中，制得铸态镁合金；浇铸过程无需气体保护；4)固溶：对得到的铸态镁合金进行固溶处理，固溶处理温度为460～500℃，时间为8～12小时，然后用30～80℃温水淬火；固溶处理的加热和保温过程无需气体保护；5)将上步得到的固溶处理后的铸锭切割成相应的坯料并去皮；6)挤压变形：将上步得到的坯料在20～30分钟之内加热到270～400℃后，放入模具中进行变形加工；变形加工后进行空冷，最后得到所述的低成本高室温塑性变形镁合金材料。所述的模具为用于成形棒、板、管、线或型材的模具。所述的步骤2)中的搅拌为机械搅拌或吹氩气搅拌。所述的Mg-Zr中间合金优选为Mg-30Zr中间合金。所述的Mg-Ca中间合金为Mg-20Ca中间合金。所述的Mg-Y中间合金为Mg-30Y中间合金。所述的CO2和SF6的混合气体的组成为体积比为CO2：SF6＝50～100：1。本专利技术的实质性特点为：镁合金的塑性与合金中晶粒大小，第二相的种类，尺寸，数量，分布，合金中的织构组态密切相关。本专利技术的镁合金以Bi和Sn为主要合金化元素，通过Bi元素与Ca元素含量比例的控制，在合金中能原位形成高热稳定性的Mg2Bi2Ca相、Mg3Bi2相和Mg2Sn相，避免Mg2Ca相的生成，同时由于三种合金相在凝固过程中的竞争生长，可以抑制彼此的尺寸，一方面，避免产生大尺寸第二相，降低对合金塑性的损害，另一方面适量高热稳定性的微米级Mg2Bi2Ca相在热处理过程中能稳定存在，故而在挤压过程中，可促进动态再结晶形核，抑制再结晶晶粒长大，从而提高合金的塑性变形能力。此外，通过在合金中同时固溶进Bi、Sn、Ca和Y元素可以改变合金轴比，进而改变塑性变形的机制，从而避免较通常情况下形成的纤维织构和板织构，进而有利于合金塑性的提升。合金经固溶、塑性加工后，室温(25℃)下拉伸延伸率达到35％以上。本专利技术合金熔炼时比较均匀稳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低成本高室温塑性变形镁合金，其特征为该合金为Mg‑Bi‑Sn‑Zr‑Ca‑Y合金，其化学成分质量百分比为：Bi 2～5.0wt％；Sn 2～5.0wt％；Zr 0.5～1.2wt％；Ca 0.1～0.8wt％；Y 0.01～0.08wt％，其余为Mg及不可避免的杂质；并且，质量比Bi：Ca＝6～7:1。
【技术特征摘要】
1.一种低成本高室温塑性变形镁合金，其特征为该合金为Mg-Bi-Sn-Zr-Ca-Y合金，其化学成分质量百分比为：Bi2～5.0wt％；Sn2～5.0wt％；Zr0.5～1.2wt％；Ca0.1～0.8wt％；Y0.01～0.08wt％，其余为Mg及不可避免的杂质；并且，质量比Bi：Ca＝6～7:1。2.如权利要求1所述的低成本高室温塑性变形镁合金的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：1)配料：以纯Mg锭、纯Bi块、纯Sn块、Mg-Zr中间合金、Mg-Ca中间合金和Mg-Y中间合金为原料，按照所述的镁合金成分进行配料；2)熔炼：将纯Mg锭放入熔炼炉的坩埚中，设定炉温700～730℃并保持，待其熔化后，分别将预热到50～80℃的纯Bi块、纯Sn块，以及预热到100～150℃的Mg-Zr中间合金、Mg-Ca中间合金和Mg-Y中间合金加入到镁熔液中；接着升高熔炼温度至750～780℃，并保温10～30分钟至合金熔化，然后搅拌3～10分钟，向熔体内通入高纯Ar气进行精炼除气处理；调节控制温度在750℃～760℃，保温静置3～10分钟；以上熔炼和保温静置过程均在CO2/SF6混合气体保护下进行；3)浇铸：将静置后的镁合金熔体浇注到预热到200～250℃的模具中，制得铸态镁合金；浇铸过程无需气体保护；4)...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟帅举，韩海生，李其智，张士良，余晖，闻晶晶，范少达，李永胜，赵维民，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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