一种高塑性耐热镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高塑性耐热镁合金及其制备方法，属于合金材料领域。本发明专利技术所述的高塑性耐热镁合金，由以下质量百分比的组分组成：5.0～6%Sn，3～3.5%Ag，2.0～2.5%Zn，0.5～1.0%Sb，0.5～1.0%Ca和1.0～1.5%Al，余量为Mg及不可避免的杂质。本发明专利技术通过联合加入Sn、Ag、Zn和Sb、Ca、Al元素，主要生成Mg2Sn、Mg4Ag、MgZn2高温强化相，利用多组元合金化的方法，在提高合金强度的同时，合金的塑性也得到明显改善。与现有的耐热镁合金相比，本合金具有良好的强度和塑性，且生产成本较低，效率高，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高塑性耐热镁合金及其制备方法
本专利技术属于合金材料领域，具体地，涉及一种高塑性耐热镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金是目前工业上实际应用中最轻的金属结构材料，具有小的比重(1.75-1.85g/cm3，约为铝的60％，钢的20％)，并且具有比刚度高、阻尼减震性好、易于切学加工、冲击吸收功大、易于铸造成形，以及易于回收等优点，被公认为是一种有效减重、有效节能、有利于可持续发展的理想结构材料。现已在汽车、航空航天、电子、武器装备等领域有较广泛的应用，因此，近年来镁合金作为结构材料的应用迅速发展。虽然镁合金材料具备这些优点，但是现阶段镁合金材料的应用还比较有限，镁合金的应用受到明显的制约，镁合金的强度和苏韧性不高，耐热性能较差，限制了其应用范围。因此，提高镁合金的强度和耐热性，提高镁合金的综合力学性能成为新型镁合金开发的热点。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术的目的一在于提供一种高塑性耐热镁合金，目的二在于提供上述高塑性耐热镁合金的制备方法。通过Sn、Ag、Zn和Sb、Ca、Al元素的合金化，利用多组元合金化的方法，通过多种添加元素的共同配合作用在提高合金强度的同时，合金的塑性也得到明显改善。为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：一种高塑性耐热镁合金，其特征在于，由以下重量百分比的元素组成：5.0～6％的Sn，3～3.5％的Ag，2.0～2.5％的Zn，0.5～1.0％的Sb，0.5～1.0％的Ca和1.0～1.5％的Al，余量为Mg及不可避免的杂质。作为对上述方案的进一步优化，所述不可避免的杂质为Fe、Cu和Ni；所述杂质元素及其质量百分比分别为：Fe≦0.005％，Cu≦0.015％，Ni≦0.002％。本专利技术还提供一种上述高塑性耐热镁合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照权利要求1所述的高塑性耐热镁合金的元素组成及其重量百分比称取原料，所述原料为：纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金；步骤二、将纯镁、纯铝、纯锡和纯锌于CO2+SF6混合气体保护下熔化，待熔体温度达到690～700℃时加入纯银、纯锑和镁钙中间合金，熔化后升温至700～710℃，静置8～10min，待温度降至670～680℃时进行浇铸，得铸态合金，即可得高塑性耐热镁合金。作为对上述制备方法的进一步优化，所述纯镁、纯铝、纯锡、纯锌、纯银、纯锑和镁钙中间合金在使用前预热至200～220℃并保温1～3h。作为对上述制备方法的进一步优化，步骤二中的浇铸采用钢制模具。利用本专利技术所述的高塑性耐热镁合金，利用多组元合金化的方法，同时提高了镁合金的塑韧性和耐热性。具体的，在本专利技术的镁合金中，恰当组分和添加量的多组元合金化是提高镁合金性能最有效的方法。本专利技术选择廉价的添加元素Sn作为主添加元素，镁合金中添加Sn能够生成Mg2Sn高温强化相，赋予合金良好的时效析出强化和弥散强化效果。Sn的添加量太少则Mg2Sn高温强化相形不成有效地析出强化效果，添加太多会导致合金析出相聚集，脆性增大，不利于力学性能的提升，本合金中Sn的添加量控制在5.0～6.0％为宜。Ag是提高镁合金塑韧性和耐热性的重要元素，赋予合金良好的固溶强化和析出强化效果，适量Ag的添加能够大幅度提高Mg-Sn系合金的综合力学性能。镁合金中添加Ag有较好的固溶强化效果，且能够生成Mg4Ag相高温强化相，同时Ag的添加能够促进Mg2Sn相的析出和分布。Ag的添加量太少形不成有效的固溶强化效果，添加太多会导致合金析出相聚集，脆性增大，不利于力学性能的提升，本合金中Ag的添加量控制在3～3.5％为宜。Zn能够降低镁合金中有害杂质Fe、Ni、Cu的浓度，减少杂质对力学性能的影响，有利于镁合金塑性和室温强度的提升。Al是镁合金中最为重要的合金化元素之一，该合金中Al的加入量少不会形成Mg17Al12弱化相，一方面少量Al的添加能够显著细化镁合金组织，提高合金的铸造性能，减少合金的开裂倾向。另一方面Al的添加能够促进Sn的析出，优化Mg2Sn高温强化相的分布。Sb是一种镁合金强化元素和表面活性元素，能形成稳定性好的六方结构Mg3Sb2化合物，少量的Sb还改善了合金液的流动性，Sb的添加使合金的常温和高温力学性能提高，并且Mg3Sb2化合物形成能够促进Mg2Sn相的弥散分布。另外合金中加入少量的Ca可改善镁合金的显微组织和力学性能，Ca可细化晶粒，提高室温强度和塑性，晶粒的细化能够使晶界处析出的Mg2Sn相和Mg4Ag相更为弥散分布。但Ca过量会影响铸造性能，因此本专利技术的Ca加入量不宜过高。本专利技术的有益效果：本专利技术的高塑性耐热镁合金，利用多组元微合金化的方法提高镁合金的塑韧性和耐热性，复合合金化后镁合金性能得到明显改善，与现有高塑性耐热镁合金相比，本专利技术合金在室温下具有良好的强度和塑性，室温抗拉强度达到285MPa，伸长率达到16.1％，200℃的抗拉强度达到194MPa，伸长率达到22.2％，在高温下具有优异的耐热性能和综合力学性能，且生产成本低，制备过程简单，具有广泛的应用前景。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本专利技术具体实施方式中涉及到的原料纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金市售产品。实施例1一种高塑性耐热镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量如下：5.0％Sn，3.5％Ag，2.4％Zn，1.0％Sb，0.5％Ca，1.3％Al，余量为Mg及不可避免的杂质。本实施例的高塑性耐热镁合金的制备方法，包括以下步骤：1)按照上述配比称量所需的原料纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金，然后将各原料预热至200℃并保温1h；2)将原料纯镁、纯铝、纯锡、纯锌于CO2+SF6混合气体保护下熔化，待熔体温度达到690℃时加入原料纯银、纯锑和镁钙中间合金，熔化后升温至700℃，静置10min，待温度降至670℃时进行浇铸，得铸态合金，即可得高塑性耐热镁合金；上述浇铸采用钢制模具。实施例2一种高塑性耐热镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量如下：5.0％Sn，3.2％Ag，2.5％Zn，0.9％Sb，1.0％Ca，1.0％Al，余量为Mg及不可避免的杂质。本实施例的高塑性耐热镁合金的制备方法，包括以下步骤：1)按照上述配比称量所需的原料纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金，然后将各原料预热至200℃并保温3h；2)将原料纯镁、纯铝、纯锡、纯锌于CO2+SF6混合气体保护下熔化，待熔体温度达到690℃时加入原料纯银、纯锑和镁钙中间合金，熔化后升温至700℃，静置10min，待温度降至670℃时进行浇铸，得铸态合金，即可得高塑性耐热镁合金；上述浇铸采用钢制模具。实施例3一种高塑性耐热镁合金，该镁合金的化学成分的重量百分含量如下：6.0％Sn，3.2％Ag，2.0％Zn，0.6％Sb，0.8％Ca，1.5％Al，余量为Mg及不可避免的杂质。本实施例的高塑性耐热镁合金的制备方法，包括以下步骤：1)按照上述配比称量所需的原料纯镁、纯铝、纯锌、纯锡、纯银、纯锑、镁钙中间合金，然后将各原料预热至200℃并保温3h；2)将原料纯镁、纯铝、纯锡、纯锌于CO2+SF6混合气体保护下熔化，待熔体温度达到700本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高塑性耐热镁合金，其特征在于，由以下重量百分比的元素组成：5.0～6%的Sn，3～3.5%的Ag，2.0～2.5%的Zn，0.5～1.0%的Sb，0.5～1.0%的Ca和1.0～1.5%的Al，余量为Mg及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高塑性耐热镁合金，其特征在于，由以下重量百分比的元素组成：5.0～6%的Sn，3～3.5%的Ag，2.0～2.5%的Zn，0.5～1.0%的Sb，0.5～1.0%的Ca和1.0～1.5%的Al，余量为Mg及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种高塑性耐热镁合金，其特征在于：所述不可避免的杂质为Fe、Cu和Ni；所述杂质元素及其质量百分比分别为：Fe≦0.005%，Cu≦0.015%，Ni≦0.002%。3.一种如权利要求1或2所述的高塑性耐热镁合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、按照权利要求1所述的高塑性耐热镁合金的元素组成及其重量百分比称取原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈君，朱利敏，张清，李全安，付三玲，陈晓亚，李梅菊，戚尧，史浩鹏，魏冠军，贾晓燕，栾泽伟，冀保廷，周阳光，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41