含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含长周期有序相的Mg‑Ni‑Y合金及其制备方法，该合金由以下质量百分比的组分组成：10～20wt.％的Ni，20～35wt.％的Y，余量为Mg。本发明专利技术制备出含长周期有序相的Mg‑Ni‑Y合金，其中长周期有序相的结构特征为(001)面的堆垛顺序是ABCACABCBCAB，在300～500℃下可以稳定存在；本发明专利技术制备的镁合金中长周期有序相硬度达125～135HV；采用真空悬浮熔炼炉熔炼合金，直接浇铸成型，降低熔炼过程中的夹杂物的产生，提高合金成分的均匀性，减少后续均匀化处理的过程，节约能源，提高生产效率。

Mg-Ni-Y alloy containing long-period ordered phase and its preparation method

The invention discloses a Mg_Ni_Y alloy containing long period ordered phase and a preparation method thereof. The alloy is composed of the following components: 10-20wt.% Ni, 20-35wt.% Y, and the remainder is Mg. The Mg_Ni_Y alloy containing long-period ordered phase is prepared by the method, in which the stacking sequence of long-period ordered phase is ABCABCAB and can exist stably at 300-500 C. The hardness of the long-period ordered phase in the magnesium alloy prepared by the method reaches 125-135HV, and the alloy is melted in a vacuum suspension melting furnace. Direct casting can reduce the inclusions in the smelting process, improve the homogeneity of alloy composition, reduce the subsequent homogenization process, save energy and improve production efficiency.

【技术实现步骤摘要】
含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金及其制备方法
本专利技术涉及一种Mg-Ni合金及其制备方法，特别是还涉及一种稀土Mg-Ni合金及其制备方法，应用于镁合金材料

技术介绍
金属镁和镁合金是工业中最轻的金属结构材料，纯镁的密度仅仅是1.74g/cm3，是铝的2/3，铁的1/4，镁合金还拥有导热导电性好、电磁屏蔽好、阻尼减振和易于回收等一系列优点，若能大量采用镁合金来取代目前在航天航空、交通运输和民用建筑等行业中主要使用的铝合金及钢结构材料，将有效地实现轻量化的目标，缓解日益严重的能源和环境问题。作为结构材料，普通铸造镁合金的强度不足300MPa，变形镁合金的强度不足400MPa，且100℃工作时强度急剧下降，严重限制镁合金在承载结构件上的应用。目前，合金化是提高镁合金性能主要手段，稀土元素有着净化熔体、细化组织、力学性能和腐蚀性能的优点，已广泛应用于钢铁和有色金属中。2001年日本学者采用快速凝固粉末冶金技术开发出了Mg97Zn1Y2合金，此合金室温下屈服强度达到610MPa，延伸率达到5％，性能优异的原因是合金组织中含有长周期有序相和细晶镁，随着对长周期有序相的研究深入，发现长周期有序结构相主要存在于Mg-稀土元素-过渡金属元素的三元合金体系中，稀土元素主要是Y、Gd、Tb、Dy、Er、Ho等，过渡金属元素主要是Zn、Ni、Cu、Co等。根据长周期有序结构相(001)晶面的堆垛顺序，可以将其分为18R、14H、24R、10H等不同类型的长周期有序结构相，其中数字代表一个周期内的(001)面的数量，字母R代表长周期有序相的菱方对称性，字母H代表长周期有序相的六方对称性。当前，长周期有序相是镁合金的有效强化相之一。CN201710211819.6公开了“一种提高含LPSO结构相的Mg-RE-Zn系合金室温塑性的方法”，将铸态Mg-RE-Zn系合金在(480±10℃)×24h+(500±5℃)×32h的条件下进行双级均匀化热处理，随后合金随炉冷却至460～480℃保温2h±10min，得到含针状14H长周期有序相的Mg-RE-Zn系合金，此方法可将铸态合金中块状18R长周期有序相转变成针状14H长周期有序相，从而提高合金的塑性，但该镁合金因在高温下存在相转变，限制了其在高温环境下的应用。CN201510614718.4公开了“一种铸造Mg-Zn-Y镁合金长周期结构相的调控方法”，此方法将含18R长周期有序相的Mg-Zn-Y合金放入初温180～230℃的热处理炉中，然后升温至500～530℃，保温3～20h，然后取出于60～85℃水中淬火，随后将合金放入初温300～330℃的热处理炉中，保温35～50min，然后取出于60～70℃水中淬火，在放入热处理炉中升温至175～225℃，保温1.5～60h，随炉冷却至80～100℃时，取出空冷，此方法可以消除铸造合金中的成分偏析，促使18R长周期有序相向14H长周期有序相的转变，并改善长周期有序相的分布，提高合金的综合力学性能，但该方法工艺复杂，制备成本高，高温下物相易转变，无法在高温环境下应用。综上所述，现有利用长周期有序相提高镁合金综合力学性能的方法中，主要是采用复杂的热处理工艺，促使18R长周期有序相向14H长周期有序相的转变，存在问题有：1.合金含量低，强度不足；2.无法在高温环境中应用，长周期有序结构相稳定存在温度低；3.加工工艺繁琐、生产效率低。因此，增加合金含量提高其强度，调高镁合金高温下的稳定性，并实现简化工艺和降低制备难度，这成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金及其制备方法，本专利技术含12R长周期有序相的Mg-Ni-Y合金强度高，能在高温环境中应用稳定性好。本专利技术采用真空悬浮熔炼炉熔炼合金，直接浇铸成型，可降低熔炼过程中的夹杂物的产生，提高合金成分的均匀性，减少后续均匀化处理的过程，节约能源，提高生产效率，实现简化工艺、降低制备难度的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金，合金各组分及其质量百分比为：10～20wt.％的Ni，20～35wt.％的Y，余量为Mg。作为本专利技术优选的技术方案，在Mg-Ni-Y合金中，Ni和Y的质量之比为(0.300～1)：1。作为本专利技术优选的技术方案，在Mg-Ni-Y合金中，合金各组分及其质量百分比为：13.4～20wt.％的Ni，22.2～35wt.％的Y，余量为Mg。作为本专利技术优选的技术方案，在Mg-Ni-Y合金中含有12R长周期有序相，(001)面的堆垛顺序是ABCACABCBCAB。优选合金中含有12R长周期有序相主要为Mg24Y5。优选12R长周期有序相的硬度为125～135HV。优选12R长周期有序相在300～500℃能稳定存在。一种本专利技术含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的制备方法，包括如下步骤：a.备料：按质量分数分别为20～35wt.％的Y、10～20wt.％的Ni和余量为镁的配比，进行原料称量配料；b.对熔炼炉抽真空：采用真空悬浮熔炼炉，将在所述步骤a中准备的Ni和Y原料置于熔炼炉中，对熔炼炉抽真空10～25min，直至真空度达到10-4Pa；c.熔炼Ni-Y中间合金：在所述步骤b中对熔炼炉抽真空过程完成后，向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.02～0.03MPa，使熔炼炉通电至少2min，控制熔炼炉供电功率不低于30kW，预热原料Y和原料Ni，促进排气，防止飞溅；然后采用悬浮熔炼工艺，提高熔炼炉供电功率到80～100kW，将熔炼炉温度升至1400～1500℃，直至原料Y和原料Ni全部熔化为Ni-Y中间合金熔体，维持Ni-Y中间合金熔体翻滚和搅动状态，并使Ni-Y中间合金熔体保持熔融状态至少5min，然后使Ni-Y中间合金熔体直接在熔炼炉内进行凝固，得到Ni-Y中间合金；d.熔炼Mg-Ni-Y合金：将在所述步骤c中制备的Ni-Y中间合金和在所述步骤a中准备的原料Mg放入熔炼炉中，然后向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.02～0.03MPa，使熔炼炉通电至少2min，控制熔炼炉供电功率为30～50kW，预热Ni-Y中间合金和原料Mg，促进排气，防止飞溅；然后采用悬浮熔炼工艺，提高提高熔炼炉供电功率到80～100kW，将熔炼炉温度升至750～800℃，直至Ni-Y中间合金与原料Mg全部熔化为Mg-Ni-Y合金熔体，使合金熔体保持熔融状态至少10min，使合金熔体成分均匀化；e.铸造Mg-Ni-Y合金：将浇铸用钢制模具预先加热到170～200℃，然后将在所述步骤d中得到的熔融态Mg-Ni-Y合金熔体撇去表面浮渣，并采用钢制模具进行浇铸成Mg-Ni-Y合金铸锭；f.热处理Mg-Ni-Y合金：将在所述步骤e中浇铸成型的Mg-Ni-Y合金铸锭进行退火热处理，在300～500℃进行退火处理3～40天，然后Mg-Ni-Y合金铸锭置于冰水混合物中进行淬火热处理，从而得到含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金。在进行Mg-Ni-Y合金热处理工艺时，优选在375～500℃进行退火处理3～40天。在进行Mg-Ni-Y合金热处理工艺时，进一步优选在375～425℃进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含长周期有序相的Mg‑Ni‑Y合金，其特征在于：合金各组分及其质量百分比为：10～20wt.％的Ni，20～35wt.％的Y，余量为Mg。

【技术特征摘要】
1.一种含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金，其特征在于：合金各组分及其质量百分比为：10～20wt.％的Ni，20～35wt.％的Y，余量为Mg。2.根据权利要求1所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金，其特征在于：在Mg-Ni-Y合金中，Ni和Y的质量之比为(0.300～1)：1。3.根据权利要求1所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金，其特征在于：合金各组分及其质量百分比为：13.4～20wt.％的Ni，22.2～35wt.％的Y，余量为Mg。4.根据权利要求1所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金，其特征在于：合金中含有12R长周期有序相，(001)面的堆垛顺序是ABCACABCBCAB。5.根据权利要求1所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金，其特征在于：合金中含有12R长周期有序相主要为Mg24Y5。6.根据权利要求4所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金，其特征在于：12R长周期有序相的硬度为125～135HV。7.根据权利要求4所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金，其特征在于：12R长周期有序相在300～500℃能稳定存在。8.一种权利要求1所述含长周期有序相的Mg-Ni-Y合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.备料：按质量分数分别为20～35wt.％的Y、10～20wt.％的Ni和余量为镁的配比，进行原料称量配料；b.对熔炼炉抽真空：采用真空悬浮熔炼炉，将在所述步骤a中准备的Ni和Y原料置于熔炼炉中，对熔炼炉抽真空10～25min，直至真空度达到10-4Pa；c.熔炼Ni-Y中间合金：在所述步骤b中对熔炼炉抽真空过程完成后，向熔炼炉中充入氩气至保护气氛压力为0.02～0.03MPa，使熔炼炉通电至少2min，控制熔炼炉供电功率不低于30kW，预热原料Y和原料Ni，促进排气，防止飞溅；然后采用悬浮熔炼工艺，提高熔炼炉供电功率到80...

【专利技术属性】
技术研发人员：李谦，刘成，罗群，周国治，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31