一种耐热Mg‑Al系镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐热Mg‑Al系镁合金及其制备方法，该合金由以下重量百分比的组分组成：Al为2‑8％,Sn为1‑3％，Ti为1.5‑3.0％,Nb为2‑4％，Y为0.5‑1.0％,Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01％,Ni≤0.005％,其余为Mg。本发明专利技术通过添加Sn和Y形成高熔点氧化膜阻止合金氧化，并通过添加Ti和Nb形成含Nb原子的TiAl金属间化合物，减少Mg17Al12相的含量，并改善该相的形态结构，从而提高合金的高温抗蠕变能力，同时，利用Nb原子和Y2O3颗粒对晶界滑移和位错运动起到钉扎作用，进一步提高合金的高温抗蠕变能力，进而获得耐热性优异的Mg‑Al系镁合金。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热Mg-Al系镁合金及其制备方法
本专利技术属于镁合金材料
，具体涉及一种耐热Mg-Al系镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金，其特点是，密度小、强度高、弹性模量大、散热好、消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金，在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。目前，镁合金已开发了Mg-Al,Mg-Zn,Mg-RE,Mg-Mn等多种系列，其中，Mg-A1系列镁合金因具有良好的力学性能、耐腐蚀性、铸造性，因此得到了广泛应用。但是，Mg-A1系列镁合金的高温抗蠕变性能差，长期工作温度不能超过120℃，使其无法应用于制造对耐热性能要求高的汽车传动部件，极大地阻碍了Mg-A1系合金的进一步应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对上述现有Mg-A1系镁合金耐热性能差的问题，本专利技术提供一种耐热Mg-Al系镁合金及其制备方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种耐热Mg-Al系镁合金，由以下重量百分比的组分组成：Al为2-8％,Sn为1-3％，Ti为1.5-3.0％,Nb为2-4％，Y为0.5-1.0％,Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01％,Ni≤0.005％,其余为Mg。一种耐热Mg-Al系镁合金，由以下重量百分比的组分组成：Al为4-6％,Sn为1.5-2.5％，Ti为1.8-2.5％,Nb为2.5-3.5％，Y为0.6-0.9％,Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01％,Ni≤0.005％,其余为Mg。一种耐热Mg-Al系镁合金，由以下重量百分比的组分组成：Al为5％,Sn为2.1％，Ti为2.0％,Nb为3.0％，Y为0.75％,Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01％,Ni≤0.005％,其余为Mg。本专利技术在Mg-Al合金的基础上添加Sn元素和Y元素，使得高温下，氧化生成SnO2膜和Y2O3膜，这两种氧化膜的PBR值大于1，提高了MgO膜(小于1)的致密性，可阻止合金在高温下进一步氧化，并且SnO2的熔点为1630℃，Y2O3的熔点为2415℃，高熔点氧化膜可显著提高合金的耐热性。本专利技术还添加Ti元素和Nb元素，Ti在高温下化合能力极强，可与合金中的Al结合形成多种金属间化合物，主要有Ti3Al和TiAl两种，Ti3Al由于Ti的百分含量较高，密度比TiAl大，且抗氧化性差，TiAl的密度低、强度高、高温性能好，但其室温脆性及其显著，Nb原子可固溶于TiAl中，无序取代Ti原子，可使延性变好，改善其室温脆性，并且在高温下，Nb原子仍以固溶态存在，通过Nb原子的长程应力场与位错应力场的交互作用使位错运动受阻，从而提高合金高温抗氧化能力。Mg17Al12相在晶界上析出会降低合金的抗蠕变性能，这主要是由于该相与镁基体之间非共格，界面能高，在高温下易软化粗化，不能有效钉扎晶界。由于Ti元素与Mg元素一样，都具有密排六方晶体结构，这种晶体结构的一致性使得Ti与Mg有良好的界面结合,即Ti可以在镁合金中形成稳定的弥散分布，Ti与Al结合形成TiAl，可减少Mg17Al12相的含量，并弥散分布，改善了Mg17Al12相的形态结构，提高合金的高温抗蠕变性能。此外，合金在高温下还可生成Y2O3颗粒并分布在晶界和位错处，可对高温下的晶界滑移和位错运动起到钉扎作用，进一步提高合金的耐热性。一种耐热Mg-Al系镁合金的制备方法，包括以下步骤：(1)熔炼：将Mg-Al、Mg-Y中间合金、Mg-Nb中间合金、Sn和纯镁加入坩埚中，添加覆盖剂，放入炉中，升温至650-750℃充分熔化；(2)将Ti加入炉中，升温至1680-1750℃，熔化后加入步骤(1)处理后的坩埚中并搅拌均匀，静置10-15min后浇铸成铸锭：(3)对步骤(2)获得的铸锭进行固溶处理；(4)对步骤(3)处理后的铸锭进行时效处理获得最终产品。进一步地，固溶工艺为：温度450-550℃，时间6-24h。进一步地，时效工艺为：温度200-220℃，时间12-24h。本专利技术使Ti在高温下熔化后与合金液混合均匀，Al与高温下的Ti结合形成TiAl金属间化合物，并通过Nb对TiAl进行改性，然后进行固溶处理将未参与形成TiAl金属间化合物的Al元素，以及Sn和Y固溶于镁基体中，再控制时效的温度和时间，使得晶界上析出含量适中的Mg17Al12相，并由弥散分布的TiAl改善Mg17Al12相的形态结构，显著提高合金的高温抗氧化及抗蠕变能力。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过添加Sn和Y形成高熔点氧化膜阻止合金氧化，并通过添加Ti和Nb形成含Nb原子的TiAl金属间化合物，进一步提高合金的高温抗氧化能力，而形成TiAl后还可减少Mg17Al12相的含量，并改善该相的形态结构，从而提高合金的高温抗蠕变能力，同时，利用Nb原子的长程应力场与位错应力场的交互作用使位错运动受阻，以及分布在晶界和位错处的Y2O3颗粒对高温下的晶界滑移和位错运动起到钉扎作用，从而进一步提高合金的高温抗蠕变能力，进而获得耐热性优异的Mg-Al系镁合金。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。实施例1一种耐热Mg-Al系镁合金，由以下重量百分比的组分组成：Al为2.5％,Sn为1.1％，Ti为1.5％,Nb为2.1％，Y为0.55％,Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01％,Ni≤0.005％,其余为Mg。一种耐热Mg-Al系镁合金的制备方法，包括以下步骤：(1)熔炼：将Mg-Al、Mg-Y中间合金、Mg-Nb中间合金、Sn和纯镁加入坩埚中，添加覆盖剂，放入炉中，升温至650-750℃充分熔化；(2)将Ti加入炉中，升温至1700℃，熔化后加入步骤(1)处理后的坩埚中并搅拌均匀，静置10-15min后浇铸成铸锭：(3)对步骤(2)获得的铸锭于450℃下固溶处理10h；(4)对步骤(3)处理后的铸锭于200℃下时效处理12h，获得最终产品，可于180-200℃下长期工作。实施例2一种耐热Mg-Al系镁合金，由以下重量百分比的组分组成：Al为4.2％,Sn为1.6％，Ti为1.8％,Nb为2.65％，Y为0.65％,Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01％,Ni≤0.005％,其余为Mg。一种耐热Mg-Al系镁合金的制备方法，包括以下步骤：(1)熔炼：将Mg-Al、Mg-Y中间合金、Mg-Nb中间合金、Sn和纯镁加入坩埚中，添加覆盖剂，放入炉中，升温至650-750℃充分熔化；(2)将Ti加入炉中，升温至1700℃，熔化后加入步骤(1)处理后的坩埚中并搅拌均匀，静置10-15min后浇铸成铸锭：(3)对步骤(2)获得的铸锭于450℃下固溶处理16h；(4)对步骤(3)处理后的铸锭于200℃下时效处理14h，获得最终产品，可于220-250℃下长期工作。实施例3一种耐热Mg-Al系镁合金，由以下重量百分比的组分组成：Al为5％,Sn为2.1％，Ti为2.0％,Nb为3.0％，Y为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热Mg‑Al系镁合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Al为2‑8％,Sn为1‑3％，Ti为1.5‑3.0％,Nb为2‑4％，Y为0.5‑1.0％,Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01％,Ni≤0.005％,其余为Mg。

【技术特征摘要】
1.一种耐热Mg-Al系镁合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Al为2-8％,Sn为1-3％，Ti为1.5-3.0％,Nb为2-4％，Y为0.5-1.0％,Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01％,Ni≤0.005％,其余为Mg。2.根据权利要求1所述的一种耐热Mg-Al系镁合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Al为4-6％,Sn为1.5-2.5％，Ti为1.8-2.5％,Nb为2.5-3.5％，Y为0.6-0.9％,Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01％,Ni≤0.005％,其余为Mg。3.根据权利要求1所述的一种耐热Mg-Al系镁合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Al为5％,Sn为2.1％，Ti为2.0％,Nb为3.0％，Y为0.75％,Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱旭，
申请(专利权)人：朱旭，
类型：发明
国别省市：四川,51