一种耐热稀土镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐热稀土镁合金，成分为：2～6wt％的Sm；0～6wt％的重稀土元素；0.5～4wt％的Al；0.2～2wt％的Mn；余量为Mg及不可避免的杂质。本发明专利技术利用Mg、Sm、Al元素形成一种全新的Mg‑Sm‑Al基面析出相，在高温条件下，Mg‑Sm‑Al相会有效抑制非基面滑移，而在此基础上引入重稀土元素，形成Mg‑RE析出相(大多数为β柱面析出相，少量为γ基面析出相)，同时强化镁合金基体，镁合金基体中这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，进而提高镁合金高温强度。本发明专利技术还提供了一种耐热稀土镁合金的制备方法。

Heat resistant rare earth magnesium alloy and preparation method thereof

The present invention provides a heat-resistant rare earth magnesium alloy consisting of 2-6wt% Sm, 0-6wt% heavy rare earth elements, 0.5-4wt% Al, 0.2-2wt% Mn, residual Mg and unavoidable impurities. The present invention uses Mg, Sm and Al elements to form a new Mg_Sm_Al base plane precipitation phase. Under high temperature conditions, Mg_Sm_Al phase can effectively restrain non-base plane slip. On this basis, heavy rare earth elements are introduced to form Mg_RE precipitation phase (mostly beta cylindrical precipitation phase, a small amount of gamma base plane precipitation phase), and magnesium combination is strengthened. The existence of these two phases in gold matrix and magnesium alloy matrix can effectively inhibit the high temperature cylindrical slip, conical slip and base slip, and then improve the high temperature strength of magnesium alloy. The invention also provides a method for preparing a heat-resistant rare earth magnesium alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种耐热稀土镁合金及其制备方法
本专利技术涉及稀土镁合金
，尤其涉及一种耐热稀土镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金作为实际应用中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、资源丰富等优点，使其在国民经济和国防建设中具有重要的应用前景。Mg-Zn、Mg-Al系镁合金的高温强度较低，应用主要集中在非承载结构件中。随着武器装备的发展，对轻量化合强度的要求越来越高，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，具有优异的耐热性能的镁合金已成为目前航空航天、国防军工及现代化发展中紧迫的需求材料。在国内外研制的高强镁合金中，稀土镁合金是性能最好的耐热镁合金系之一，是当前的一个研究热点。在稀土镁合金中，稀土强化主要是通过时效强化来实现，即固溶了稀土元素后，在特定的时效温度下，使高温固溶的合金元素以某种形式析出(如金属间化合物)，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，显著提高镁合金的强度。如何利用合金化、变形手段来调控析出相的析出行为，以获得良好的性能是本领域技术人员关心的问题。而且镁合金中锥面析出相的强化效果要远优于常见的基面析出相，但是这种析出方式仅仅在少数的体系中报道过，如Mg-Sn-Zn系、Mg-Bi-Zn系。镁为密排六方晶体结构，现有技术中的耐热稀土镁合金通常依靠沿棱柱面和基面析出的稀土化合物抑制高温晶面滑移，虽然能够有效提高耐热镁合金性能，但是需要消耗大量的Gd、Y、Nd、Zr等价格昂贵的合金元素，成本较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种耐热稀土镁合金及其制备方法，本专利技术提供的耐热稀土镁合金具有良好的耐热性能而且成本较低。本专利技术提供了一种耐热稀土镁合金，成分为：2～6wt％的Sm；0～6wt％的重稀土元素；0.5～4wt％的Al；0.2～2wt％的Mn；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3～6％，更优选为3～5％，更优选为3.5～4.5％，最优选为4％。在本专利技术中，所述重稀土元素优选为Eu、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或几种，更优选为Gd、Y、Dy、Ho、Er和Yb中的一种或几种；最优选为Gd或Y。在本专利技术中，所述重稀土元素的质量含量优选为2～6％，更优选为3～5％，更优选为3.5～4.5％，最优选为4％。在本专利技术中，所述Al的质量含量优选为1～3％，更优选为1.2～2.5％，最优选为1.5～2％。在本专利技术中，所述Sm和Al的质量比优选为(2～5):1，更优选为(3～4)：1，更优选为(3.2～3.8):1，最优选为(3.4～3.6):1。本专利技术优选采用上述质量比的Sm和Al，在此质量比下能够更好的析出Mg-Sm-Al相，使本专利技术提供的耐热镁合金具有良好的性能。在本专利技术中，所述Mn的质量含量优选为0.3～1.5％，更优选为0.5～1％，最优选为0.6～0.8％。在本专利技术中，所述耐热稀土镁合金中除Sm、重稀土元素、Al和Mn之外，剩余的成分为Mg及不可避免的杂质。在本专利技术中，所述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Al；0.2～1wt％的Mn；余量为Mg及不可避免的杂质。在本专利技术中，所述耐热稀土镁合金的成分更优选为：4.5wt％的Sm；3.5wt％的Gd；1.2wt％的Al；0.3wt％的Mn；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耐热稀土镁合金的制备方法，包括：将Mg源、Sm源、Al源、Mn源和重稀土源进行配料，得到混合料；将所述混合料进行熔炼，得到混合液；将所述合金液进行浇铸，得到耐热铸造镁合金；将所述耐热铸造镁合金进行热处理，得到耐热稀土镁合金。在进行所述配料之前，本专利技术优选将所述Mg源、Sm源、Al源、Mn源和重稀土源各组分原料表面的氧化皮除去，并将它们预热；所述预热的温度优选为200～300℃，更优选为220～280℃，最优选为240～260℃。本专利技术对所述Mg源、Sm源、Al源、Mn源和重稀土源的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的制备稀土镁合金的Mg源、Sm源、Al源、Mn源和重稀土源即可。在本专利技术中，所述Mg源优选为高纯Mg锭；所述Al源优选为高纯Al；所述Sm源优选为Mg-Sm中间合金，所述Mg-Sm中间合金中Sm的质量含量优选为15～35％，更优选为20～30％，最优选为25％；所述重稀土源优选为Mg-重稀土中间合金，所述Mg-重稀土中间合金中重稀土元素的质量含量优选为20～40％，更优选为25～35％，最优选为30％；所述Mn源优选为Mg-Mn中间合金，所述Mg-Mn中间合金中Mn的质量含量优选为10～30％，更优选为15～25％，最优选为20％。在本专利技术中，所述Mg源、Sm源、Al源、Mn源和重稀土源的用量比例使制备得到的耐热稀土镁合金的成分满足上述成分要求即可。在本专利技术中，所述熔炼的温度优选为500～800℃，更优选为600～760℃，最优选为720～740℃。在本专利技术中，所述熔炼优选在铁坩埚中进行；所述熔炼的方法优选为：先加入Mg源，然后加入Sm源、Al源和重稀土源，最后加入Mn源进行熔炼。在本专利技术中，优选将所述铁坩埚预热至500～600℃后加入Mg源，更优选预热520～580℃，最优选为540～560℃；加入Mg源后优选使炉温升温至720～740℃并通入保护气，更优选升温725～735℃，最优选为730℃。在本专利技术中，所述保护性气体优选为SF6和CO2的混合气；所述混合气中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，优选待所述Mg源完全熔化后加入上述预热的Sm源、Al源和重稀土源，搅拌均匀；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，所述搅拌完成后优选将炉温升至760～800℃，加入上述预热的Mn源，均匀搅拌；更优选升至770～790℃，更优选升至775～785℃，最优选升温至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8～12分钟，最优选为10分钟。在本专利技术中，优选对所述混合液进行除氢；所述除氢的方法优选为：将所述混合液降温至740～760℃后通入氩气。在本专利技术中，更优选降温至745～755℃，最优选降温至750℃。在本专利技术中，所述除氢完成后，优选对所述合金液进行精炼。在本专利技术中，所述精炼过程中优选加入6号熔剂后静置。本专利技术对所述6号熔剂的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知制备镁合金过程中采用的6号熔剂即可；所述6号熔剂的成分优选包括MgCl2、CaCl2、KCl、BaCl2、CaF2和NaCl。在本专利技术中，所述静置的时间优选为40～60分钟，更优选为45～55分钟，最优选为50分钟。在本专利技术中，所述静置完毕后优选将所述合金液进行保温后浇铸；所述保温的温度优选为720～740℃，更优选为725～735℃，最优选为730℃；所述保温的时间优选为10～15分钟，更优选为11～14分钟，最优选为12～13分钟。在本专利技术中，所述浇铸过程中的本文档来自技高网...

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

【技术特征摘要】
1.一种耐热稀土镁合金，成分为：2～6wt％的Sm；0～6wt％的重稀土元素；0.5～4wt％的Al；0.2～2wt％的Mn；余量为Mg及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的耐热稀土镁合金，其特征在于，所述Sm的质量含量为3～6％。3.根据权利要求1所述的耐热稀土镁合金，其特征在于，所述重稀土元素为Eu、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的耐热稀土镁合金，其特征在于，所述重稀土元素的质量含量为2～6％。5.根据权利要求1所述的耐热稀土镁合金，其特征在于，所述Al的质量含量为1～3％。6.根据权利要求1所述的耐热稀土镁合金，其特征在于，所述Sm和Al的质量比为(2～5):1。7.根据权利要求1所述的耐热稀土...

【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