一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金及其制备方法技术

一种超高强高模易溶Mg‑Y‑Ni‑Zr‑Ca镁合金及其制备方法，它及一种超高强易溶镁合金及其制备方法。本发明专利技术的目的要解决现有技术制备的易溶镁合金存在强度低和弹性模量低的问题。一种超高强高模易溶Mg‑Y‑Ni‑Zr‑Ca镁合金，由Y、Ni、Zr、Ca和Mg制备而成。制备方法：一、备料；二、熔炼；三、铸锭成型；四、挤压成型，即得到超高强高模易溶Mg‑Y‑Ni‑Zr‑Ca镁合金。优点：通过调控Y和Ni的含量控制合金的腐蚀速率。复合加入细化剂Zr和Ca，更好的细化合金组织，提高合金力学性能。本发明专利技术主要用于制备超高强高模易溶Mg‑Y‑Ni‑Zr‑Ca镁合金。

A kind of ultra high strength and high modulus soluble Mg Y Ni Zr Ca magnesium alloy and its preparation method

A kind of ultra high strength and high modulus soluble Mg Y Ni Zr Ca magnesium alloy and its preparation method, and it is a super easy Rongmei alloy and preparation method thereof. The aim of the invention is to solve the existing preparation technology and easy Rongmei alloy low strength and low elastic modulus problem. A kind of ultra high strength and high modulus soluble Mg Y Ni Zr Ca magnesium alloy by Y, Ni, Zr, Ca and Mg prepared. The preparation method comprises: firstly, preparing materials; two, smelting; three, ingot molding; four, extrusion molding, to obtain ultra high strength and high modulus soluble Mg Y Ni Zr Ca magnesium alloy. Advantages: the corrosion rate of the alloy is controlled by controlling the content of Y and Ni. By adding refiners Zr and Ca, the alloy structure is better refined and the mechanical properties of the alloy are improved. The invention is mainly used for the preparation of super high strength and high modulus soluble Mg Y Ni Zr Ca magnesium alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金及其制备方法
本专利技术涉及一种超高强易溶镁合金及其制备方法。
技术介绍
石油和天然气开采中水力压裂球所需的材料需具有高强度、轻质量、可控溶解的特点。目前水力压裂球常采用树脂或铝基复合材料制造。虽然这两种材料在强度上能满足要求，但需要特制的腐蚀液溶解，且在水中的溶解速率不易调控。镁的密度比铝小，在水中极易腐蚀，且腐蚀产物致密度较低，不会阻碍后续腐蚀的进行。可以说，镁合金较铝合金在质轻和易溶解方面有着天然的优势。但是普通镁合金的强度不高，限制了其在压裂球上的应用。因此现有易溶镁合金存在强度低(抗拉强度一般低于400MPa，屈服强度一般低于300MPa)和弹性模量低(弹性模量一般低于45GPa)的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的要解决现有技术制备的易溶镁合金存在强度低和弹性模量低的问题，而提供一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金及其制备方法。一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金，其特征在于超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金按质量分数由2％～20％Y、0.5％～9％Ni、0.1～1％Zr、0.1～1％Ca和余量为Mg制备而成；所述的超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金的抗拉强度为410MPa～521MPa，屈服强度为350MPa～439MPa，弹性模量为45GPa～55GPa；所述的超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金在质量分数为5％的NaCl水溶液中的腐蚀速率为90mg·cm-2·d-1～300mg·cm-2·d-1。一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、备料：按质量分数3％～20％Y、0.5％～9％Ni、0.1～1％Zr、0.1～1％Ca和余量为Mg配比材料，所述的材料为纯Mg锭、Mg-30％Y中间合金、Mg-30％Zr中间合金、Mg-30％Ca中间合金和纯Ni材料；二、熔炼：①、将步骤一准备的纯Mg锭放入熔炼炉中，在温度为700℃～850℃和SF6气体保护下熔炼至纯Mg锭完全熔化；②、待①中纯Mg锭完全熔化后，向熔炼炉中加入步骤一准备的Mg-30％Y中间合金，并在温度为750℃～850℃和SF6气体保护下熔炼至Mg-30％Y中间合金完全熔化；③、待②中Mg-30％Y中间合金完全熔化后，向熔炼炉中加入步骤一准备的纯Ni材料，并在温度为750℃～850℃和SF6气体保护下熔炼至纯Ni材料完全熔化；④、待③中纯Ni材料完全熔化后，向熔炼炉依次加入步骤一准备的Mg-30％Zr中间合金和Mg-30％Ca中间合金，并在温度为750℃～850℃和SF6气体保护下熔炼至Mg-30％Zr中间合金和Mg-30％Ca中间合金完全熔化；⑤、将熔炼炉内温度调节至730℃～750℃，并在温度为730℃～750℃下静置5min～15min，得到熔体；三、铸锭成型：将步骤二得到的熔体随炉冷却至温度为680℃～725℃，然后采用水冷方式冷却，得到铸锭；四、挤压成型：将步骤三中的铸锭加工成圆柱体，先在温度为470℃～490℃下热处理15h～17h，然后在温度为400℃下保温50min～70min，最后在挤压比为12:1和挤压速率为0.1mm/s的反挤压变形得到棒材，即得到超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金。本专利技术的优点：1、本专利技术镁合金使用Y和Ni作为主要元素，形成增强相LPSO。在满足合金强度要求的同时，发挥Ni可加快镁合金腐蚀速率的特点，继而通过调控Y和Ni的含量控制合金的腐蚀速率。2、本专利技术镁合金复合加入细化剂Zr和Ca，结合了Zr在点阵错配度方面的优势和Ca在晶体生长抑制因子方面的优势，更好的细化合金组织，提高合金力学性能。3、本专利技术镁合金未使用重稀土元素，降低了合金成本。同时，无需后续时效等处理工艺，大大缩短了周期。4、本专利技术镁合金是在常规熔炼下浇注得到合金铸锭，经均匀化处理(在温度为470℃～490℃下热处理15h～17h)，再进行挤压得到棒材。所用工艺和设备简单，且操作容易，可移植性强。5、本专利技术制备的镁合金的抗拉强度为410MPa～521MPa，屈服强度为350MPa～439MPa，弹性模量为45GPa～55GPa，伸长率为4.1～11％；与现有易溶镁合金相比抗拉强度平均提高30％左右，屈服强度平均提高45％左右，弹性模量平均提高22％左右。6、本专利技术制备的镁合金在质量分数为5％的NaCl水溶液中的腐蚀速率为90mg·cm-2·d-1～300mg·cm-2·d-1，与现有易溶镁合金相比平均提高了2倍以上。本专利技术用于压裂球等轻质超高强易溶合金需求的应用领域。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金，其特征在于超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金按质量分数由2％～20％Y、0.5％～9％Ni、0.1～1％Zr、0.1～1％Ca和余量为Mg制备而成；所述的超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金的抗拉强度为410MPa～521MPa，屈服强度为350MPa～439MPa，弹性模量为45GPa～55GPa；所述的超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金在质量分数为5％的NaCl水溶液中的腐蚀速率为90mg·cm-2·d-1～300mg·cm-2·d-1。为提高镁合金的强度，向镁合金中加入Y和Gd，Y和Gd在镁中具有优良的固溶和时效强化效果，在Mg-Gd/Y镁合金中加入特定的过渡族元素(Zn、Cu、Ni等)会形成长周期堆垛有序结构(LPSO)，可进一步提高合金的强韧性。这种含有LPSO的稀土镁合金经过塑性变形后具有优异的室温和高温力学性能。在稀土元素的选择上，因Y的密度比Gd低，考虑合金轻质化要求，本实施方式添加Y为主要合金元素。含LPSO的Mg-Y-Zn镁合金具有优良的力学性能，但其耐腐蚀性能也较佳，导致镁合金的腐蚀速率较低。因此本实施方式在镁合金中加入过渡族元素Ni可显著加速腐蚀；挤压态Mg-Y-Ni合金在所有Mg-Y-TM(Y、Ni、Cu等)中具有最优的力学性能。因此，Mg-Y-Ni变形镁合金同时具有超高强度和易溶性。本实施方式为了制备出可广泛应用于压裂球的含Y及Ni的超高强、易溶解镁合金，还复合添加Zr和Ca，进一步细化组织提高力学性能。并通过合理优化Y及Ni的配比，实现超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金的腐蚀速率的调控。因此本实施方式使用Y和Ni作为主要元素，形成增强相LPSO。在满足合金强度要求的同时，发挥Ni可加快镁合金腐蚀速率的特点，继而通过调控Y和Ni的含量控制合金的腐蚀速率。复合加入细化剂Zr和Ca，结合了Zr在点阵错配度方面的优势和Ca在晶体生长抑制因子方面的优势，更好的细化合金组织，提高合金力学性能。未使用重稀土元素，降低了合金成本。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金按质量分数由6.9％Y、7.1％Ni、0.3％Zr、0.5％Ca和余量为Mg制备而成。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高强高模易溶Mg‑Y‑Ni‑Zr‑Ca镁合金，其特征在于超高强高模易溶Mg‑Y‑Ni‑Zr‑Ca镁合金按质量分数由2％～20％Y、0.5％～9％Ni、0.1～1％Zr、0.1～1％Ca和余量为Mg制备而成；所述的超高强高模易溶Mg‑Y‑Ni‑Zr‑Ca镁合金的抗拉强度为410MPa～521MPa，屈服强度为350MPa～439MPa，弹性模量为45GPa～55GPa；所述的超高强高模易溶Mg‑Y‑Ni‑Zr‑Ca镁合金在质量分数为5％的NaCl水溶液中的腐蚀速率为90mg·cm

【技术特征摘要】
1.一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金，其特征在于超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金按质量分数由2％～20％Y、0.5％～9％Ni、0.1～1％Zr、0.1～1％Ca和余量为Mg制备而成；所述的超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金的抗拉强度为410MPa～521MPa，屈服强度为350MPa～439MPa，弹性模量为45GPa～55GPa；所述的超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金在质量分数为5％的NaCl水溶液中的腐蚀速率为90mg·cm-2·d-1～300mg·cm-2·d-1。2.根据权利要求1所述的一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金，其特征在于所述超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金按质量分数由6.9％Y、7.1％Ni、0.3％Zr、0.5％Ca和余量为Mg制备而成。3.根据权利要求1所述的一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金，其特征在于所述超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金按质量分数由7.2％Y、2.3％Ni、0.3％Zr、0.6％Ca和余量为Mg制备而成。4.根据权利要求1所述的一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金，其特征在于所述超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金按质量分数由10.8％Y、2.1％Ni、0.3％Zr、0.6％Ca和余量为Mg制备而成。5.根据权利要求1所述的一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金，其特征在于所述超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金按质量分数由15.5％Y、1.8％Ni、0.35％Zr、0.6％Ca和余量为Mg制备而成。6.如权利要求1所述的一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金的制备方法，其特征在于一种超高强高模易溶Mg-Y-Ni-Zr-Ca镁合金的制备方法是按以下步骤完成的：一、备料：按质量分数3％～20％Y、0.5％～9％Ni、0.1～1％Zr、0.1～1％Ca和余量为Mg配比材料，所述的材料为纯Mg锭、Mg-30％Y中间合金、Mg-30％Zr中间合金、Mg-30％Ca中间合金和纯Ni材料；二、熔炼：①、将步骤一准备的纯Mg锭...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑明毅，武首中，乔晓光，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23