一种稀土镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及镁合金材料领域，具体涉及一种稀土镁合金及其制备方法。本发明专利技术的稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：8.0～8.5%Nd，0.5～0.9%Zn，0.6～0.9%Zr，0.3～0.5%Al，4.5～6%重稀土元素，余量为Mg和不可避免的杂质。与现有技术相比，本发明专利技术的稀土镁合金利用多组元合金化的方法，综合利用稀土元素和其他元素的改善组织和提高性能的作用，显著提高了镁合金的阻燃性能及力学性能。

Rare earth magnesium alloy and preparation method thereof

The invention relates to the field of magnesium alloy materials, in particular to a rare earth magnesium alloy and a preparation method thereof. The rare earth magnesium alloy of the present invention is composed of the following components: 8.0-8.5% Nd, 0.5-0.9% Zn, 0.6-0.9% Zr, 0.3-0.5% Al, 4.5-6% heavy rare earth elements, and the remainder is Mg and inevitable impurities. Compared with the prior art, the RE-Mg alloy of the present invention utilizes multi-component alloying method, comprehensively utilizes RE elements and other elements to improve the microstructure and properties, and remarkably improves the flame retardancy and mechanical properties of the magnesium alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种稀土镁合金及其制备方法
本专利技术涉及镁合金材料领域，具体涉及一种稀土镁合金及其制备方法。
技术介绍
在现有金属结构材料体系中，镁合金具有较高的比强度和比刚度，此外还具有优异的铸造性能、切削加工性能及较高的阻尼抗振性能，易于回收利用，具有环保特性，有着非常广泛的应用前景，深受航空航天、电子通讯以及汽车工业等行业的青睐。近年来镁合金作为结构材料的应用迅速发展。结构材料一般指的是用于支撑构件、外壳构件的物质材料，要求材料具备较高的力学性能并且便于机械加工；另外在一些行业和
中，要求材料应当具备一定的耐高温性能。因此在选择结构材料时对其力学性能和物理性质都有较高的要求。稀土(RE)元素是提高镁合金室温和高温力学性能有效的合金元素，因此向镁合金中添加RE元素是常用的改善镁合金性能的方法之一。申请公布号为CN107858575A的中国专利公布了一种镁合金。该镁合金成分质量百分比为：3.5～6.5％Y，1.5～3.5％Nd，1.5～4％Gd，0～0.5％Zn，0.2～0.7％Zr，0～0.5％Ag，余量为Mg。该合金的强度较高并且耐热性能良好，但其阻燃性能仍难以满足需求。镁合金抗高温氧化性较差，非常易燃,并且强韧性不够理想，二者限制了镁合金广泛使用。因此，如何获得理想的具有阻燃性的高性能镁合金一直是镁合金研究领域的一个重要课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种稀土镁合金，该稀土镁合金具有较好的阻燃性和力学性能，可以满足应用需要。本专利技术的目的还在于提供一种上述稀土镁合金的制备方法。为实现上述目的，本专利技术的稀土镁合金所采用的技术方案是：一种稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：8.0～8.5％Nd，0.5～0.9％Zn，0.6～0.9％Zr，0.3～0.5％Al，4.5～6％重稀土元素，余量为Mg和不可避免的杂质。镁合金中添加RE元素能够起到固溶强化、析出强化和弥散强化的效果，从而改善了镁合金的室温和高温力学性能，同时高温环境下RE元素在镁合金表面形成RE-O保护膜，能够提高镁合金表面氧化膜的高温稳定性从而改善镁合金的阻燃性能。本专利技术以轻稀土元素Nd为主要添加元素。Nd元素在镁合金中的固溶度较大，同时可在镁合金中形成高熔点的金属间化合物Mg41Nd5，赋予合金良好的时效析出强化和固溶强化效果。其中Nd的添加量太少则达不到强化和阻燃效果，添加太多则会导致合金比重增大，脆性增大，不利于力学性能的提升。本专利技术中Nd元素的添加量以质量百分比8.0～8.5％为宜。本专利技术的稀土镁合金还加入了重稀土元素Y和Gd。重稀土元素Y、Gd在镁合金的固溶度非常大，能够促进Nd的固溶和时效析出效果，使高熔点析出相Mg41Nd5分布更为弥散，强化和阻燃效果更好。本专利技术中重稀土元素的添加量以质量百分比4.5～6％为宜。优选的，重稀土元素Y与Gd的添加质量比为1：1～3，根据Y和Gd在镁合金中的最大固溶度确定当Y和Gd的添加质量比为1：2时具有最好的效果。本专利技术还在镁合金中加入了Zn、Al、Zr三种合金化元素。Zn的加入能够降低镁合金中有害杂质Fe、Ni、Cu的浓度，有利于镁合金塑性和室温强度的提升，同时能够改善表面膜的高温稳定性进而提高阻燃性能。Al是镁合金中最为重要的合金化元素之一，Al的加入一方面能够提高镁合金表面氧化膜的稳定性，在一定程度上能提高镁合金的阻燃性能，另一方面，少量Al的添加能够显著细化镁合金组织。并且本专利技术中Al的加入量少不会形成Mg17Al12弱化相。Zr是镁合金的重要添加元素之一，能够明显细化镁合金显微组织，Zr和Al的复合添加能够使该合金的显微组织细化效果更好。本专利技术的稀土镁合金使用常规方法可以制得，但本专利技术所采用的制备方法的技术方案包括以下步骤：(1)在保护气氛下，制备镁铝锌金属熔液；(2)在保护气氛下，向镁铝锌合金熔液中加入镁钕中间合金，熔化制备镁铝锌钕金属熔液；(3)在保护气氛下，向镁铝锌钕金属熔液中，加入含钇、钆、锆的镁合金原料，熔化制备镁合金熔液；(4)在保护气氛下，将镁合金熔液浇铸，得到铸态合金；(5)对铸态合金进行固溶处理和时效处理。在镁合金的制备过程中，由于镁合金的化学性质比较活泼，容易氧化和燃烧，需要采取保护措施来防止熔融金属表面氧化。在生产中常用气体保护法，常用的保护气为SF6、氮气、CO2等。本专利技术采用的保护气为SF6和CO2的混合气。上述步骤(1)中为了不引入其他杂质，制备镁铝锌金属熔液采用原料分别为纯镁、纯铝、纯锌。上述步骤(2)中，保护气氛下，将镁钕中间合金加入到670～680℃的镁铝锌金属熔液中熔化得到镁铝锌钕合金熔液。上述步骤(3)中，保护气氛下，将镁钇中间合金、镁钆中间合金和镁锆中间合金加入到690～700℃的镁铝锌钕合金熔液中，保温5～6min后去除表面浮渣，然后升温至710～720℃，使合金充分熔化，静置5～8min后得到镁合金熔液。由于纯钕、纯钇、纯钆及纯锆的熔点均在1000℃以上，若在镁合金制备过程中使用纯金属则消耗较大的能量且对设备要求较高，而中间合金在较低温度下即可熔化因此本专利技术使用镁钕中间合金、镁钇中间合金、镁钆中间合金以及镁锆中间合金。在熔融之前为了节能降耗以及降低温差的影响，对原料纯镁、纯铝、纯锌、镁钕中间合金、镁钇中间合金、镁钆中间合金以及镁锆中间合金均进行预热处理。优选的，预热温度为200～220℃，预热时间为1～3h。上述步骤(4)中浇铸之前为降低合金熔液与模具之间的温差，在镁合金熔液温度降至670～680℃时进行浇铸。并且模具为钢制模具。上述步骤(5)中所在固溶处理温度为510～520℃，时间为6～8h。上述步骤(5)中时效处理温度为200～220℃，时间为8～10h。本专利技术综合利用稀土元素(Nd、Y、Gd)和其他元素(Al、Zr、Zn)的改善组织和提高性能的作用，显著提高了镁合金的阻燃性能，燃点最高可达809℃。本专利技术的稀土镁合金利用多组元微合金化的方法不仅提高了镁合金的阻燃性能，同时还提高了镁合金的力学性能。本专利技术的高Nd稀土镁合金在室外和200℃下最高的抗拉强度分别可至291MPa和239MPa，最高的伸长率分别可至7.8％和12.5。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。本专利技术具体实施方式中涉及到的原料纯镁、纯铝、纯锌、镁钕中间合金、镁钇中间合金、镁钆中间合金和镁锆中间合金均为市售产品。实施例1本实施例的稀土镁合金，由以下质量百分比的组分组成：8.0％Nd，0.9％Zn，0.8％Zr，0.5％Al，5.4％重稀土元素，余量为Mg和不可避免的杂质。其中重稀土元素为Y和Gd，其质量百分比分别为2.7％和2.7％，Y与Gd的质量比为1：1。实施例2本实施例的稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：(1)按照实施例1中的配比分别计算称量原料纯镁、纯铝、纯锌、镁钕中间合金、镁钇中间合金、镁钆中间合金和镁锆中间合金；(2)在CO2和SF6的混合气体保护下，将在200℃预热2h后的纯镁、纯铝、纯锌依次放入到刚玉坩埚中熔化，得到镁铝锌金属熔液；(3)在CO2和SF6的混合气体保护下，将镁铝锌金属熔液加热至670℃时加入在200℃预热2h后的镁钕中间合金熔化，得到镁铝锌钕金属熔液；(4)在CO2和SF6的混合气体保护下，将镁铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土镁合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：8.0～8.5％Nd，0.5～0.9％Zn，0.6～0.9％Zr，0.3～0.5％Al，4.5～6％重稀土元素，余量为Mg和不可避免的杂质；所述重稀土元素为Y与Gd的任意质量比混合。

【技术特征摘要】
1.一种稀土镁合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：8.0～8.5％Nd，0.5～0.9％Zn，0.6～0.9％Zr，0.3～0.5％Al，4.5～6％重稀土元素，余量为Mg和不可避免的杂质；所述重稀土元素为Y与Gd的任意质量比混合。2.根据权利要求1所述的稀土镁合金，其特征在于：所述Y与Gd的质量比为1：1～3。3.根据权利要求2所述的稀土镁合金，其特征在于：所述Y与Gd的质量比为1：2。4.一种如权利要求1所述的稀土镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在保护气氛下，制备镁铝锌金属熔液；(2)在保护气氛下，向镁铝锌金属溶液中加入镁钕中间合金，熔化制备镁铝锌钕金属熔液；(3)在保护气氛下，向镁铝锌钕金属熔液中，加入含钇、钆、锆的镁合金原料，熔化制...

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