本发明专利技术提供一种高性能Mg‑Al‑Zn‑Mn‑Ca镁合金，包括以下成分：2.5‑3.5wt％的Al，0.6‑1.4wt％的Zn，0.15‑0.5wt％的Mn，0‑1wt％的Ca，0‑0.02wt％的杂质元素，剩余的组成为Mg，该合金具有较高的力学性能。本发明专利技术还提供了这种高性能Mg‑Al‑Zn‑Mn‑Ca镁合金的制备方法，所述制备方法包括：熔炼步骤，包括将纯Mg、纯Al、Mg‑20Ca中间合金、Mg‑5Mn中间合金和纯Zn置于密闭的熔炼炉中，然后抽真空并通氩气，对熔炼炉进行预热，再加热原料至原料全部熔化，得到熔化的液体合金；铸锭步骤，将熔化的液体合金静置，再将熔化后的液体合金浇铸至预热的模具中铸造成铸锭；均匀化处理步骤，将铸锭进行均匀化处理，再水冷；塑形变形步骤，将均匀化处理后的铸锭进行塑形变形，得到高性能的Mg‑Al‑Zn‑Mn‑Ca镁合金。本发明专利技术提供的制备方法工艺简单易于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
一种高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金及其制备方法
本发涉及金属材料
，特别涉及一种高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁(Mg)合金具有密度低、来源广、比强度和比刚度高等优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。在铸造镁合金中，镁铝系合金由于成本低、易于铸造和加工，以及良好的综合性能等优点，是目前应用最广的铸造镁合金体系之一，最具有代表性的有AZ31、AZ61、AZ80、AZ91和AM60等。其中，AZ31是目前使用比较广的商用镁合金，因其良好的机械和成形性能在汽车及3C领域有着广泛的应用前景。目前限制镁合金的一大难题在于强度偏低，不能满足工程应用的要求。因此，开发新型高强度镁合金具有非常重要的价值。碱土元素Ca(钙)，在合金化的过程中，一部分充当溶质元素，扩散到熔体中，在凝固过程中，固/液界面前沿形成过冷区，由于Ca的扩散速度较慢从而限制了晶粒生长。另一部分Ca元素与基体反应生成Al2Ca，分散在液态基体中的Al2Ca充当了形核质点，在异质形核的过程中，可作为液态金属的固相质点，使表面能降低，加快形核速率，从而起到了细化晶粒的作用。但在镁合金中加入单质钙(Ca)成本较高。专利文献CN107447153A公开了一种高强度的镁合金及其制备方法，通过向金属AZ31中加入一定量CaO熔炼而成的镁合金，Mg置换出CaO中的Ca，形成MgO和Ca，虽然一部分Ca元素与基体反应生成Al2Ca，可以达到细化晶粒的目的，但制备过程中同时也生成了疏松的MgO，MgO的产生在一定程度上限制了AZ31-CaO镁合金力学性能的进一步提升。因此，如何提高镁合金的强度，尤其是提高Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金的性能以及开发新的铸造方法，成为亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金，包括以下成分：2.5-3.5wt％的Al，0.6-1.4wt％的Zn，0.15-0.5wt％的Mn，0-1wt％的Ca，0～0.02wt％的杂质元素，剩余的组成为Mg。可选的，所述杂质元素包括Fe、Si和Ni。本专利技术还提供了一种高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金的制备方法，包括以下步骤：a)熔炼步骤，包括将纯Mg、纯Al、Mg-20Ca中间合金、Mg-5Mn中间合金和纯Zn置于密闭的熔炼炉中，然后对熔炼炉抽真空并通氩气，对熔炼炉进行预热，再用熔炼炉加热原料至原料全部熔化，得到熔化的液体合金；b)铸锭步骤，将步骤a)得到的熔化的液体合金静置，再将熔化后的液体合金浇铸至预热的模具中铸造成铸锭；c)均匀化处理步骤，将步骤b)得到的铸锭进行均匀化处理，再水冷；d)塑形变形步骤，将步骤c)得到的均匀化处理后的铸锭进行塑形变形，得到高性能的Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金。可选的，步骤a)中所述熔炼炉为真空熔铸一体机。可选的，步骤a)中，对熔炼炉抽真空并通氩气的步骤包括，先抽真空使熔炼炉内压强在-98.750KPa以下，再通入氩气至熔炼炉内压强在-5～0KPa，然后再抽真空使熔炼炉内压强在-98.750KPa以下，再通入氩气使熔炼炉内压强维持在-35～-25KPa。可选的，步骤a)中，所述熔炼炉预热的步骤包括，设定初始功率为4～6KW，预热时间10～15min，预热结束后功率调高至10～15KW。可选的，步骤b)中，熔化的液体合金静置时间为10～15min，铸锭步骤中，熔炼炉的功率为10～15KW。可选的，步骤b)中所述模具为钢制模具，预热温度在180～250℃范围内。可选的，步骤c)中，所述均匀化处理的具体步骤为在400～420℃范围内，保温6～10小时。可选的，步骤d)中，所述塑性变形的方式为挤压、轧制和锻造中的一种。与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下优点：本专利技术提供了一种高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金，具有较细的晶粒，合金中不含疏松的MgO，具有较高的力学性能。本专利技术采用纯Mg、纯Al、Mg-20Ca中间合金、Mg-5Mn中间合金、和纯Zn混合熔炼，Mg-20Ca中间合金是一种高温稳定相，其引入起到了强化作用；Mg-20Ca中间合金的引入避免了MgO的产生，进一步提高了合金的力学性能。本专利技术通过将合金进行塑形变形处理，使晶粒发生再结晶，且反应生成的高温稳定相促进了再结晶的发生，从而进一步改善合金材料的力学性能。本专利技术选用低成本的纯Mg、纯Al为合金原料，选用价格较低的Mg-20Ca中间合金为添加物，大大降低了材料成本。且加工工艺操作简单、方便、易于工业化生产。附图说明图1是本专利技术一实施例高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金制备方法的流程示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，制备高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金的方法有待简化，成本有待降低，且制备的高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金的力学性能有待提高。分析存在上述问题的原因包括：现有方法制备的Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合强度偏低，不能满足工程应用的要求，其问题往往主要是因为制作合金过程中需要引入部分溶质元素，目前较多采用的溶质元素为碱土元素Ca(钙)，但是制备过程中极易产生疏松的MgO，从而降低了合金的力学性能。为了解决上述问题，本专利技术提供一种高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金及其制备方法，能够提高产物的力学性能。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参考图1，图1示出了本专利技术一实施例高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金制备方法的流程示意图。具体地，包括以下基本步骤：a)熔炼步骤，包括将纯Mg、纯Al、Mg-20Ca中间合金、Mg-5Mn中间合金和纯Zn置于密闭的熔炼炉中，然后对熔炼炉抽真空并通氩气，对熔炼炉进行预热，再用熔炼炉加热原料至原料全部熔化，得到熔化的液体合金；b)铸锭步骤，将步骤a)得到的熔化的液体合金静置，再将熔化后的液体合金浇铸至预热的模具中铸造成铸锭；c)均匀化处理步骤，将步骤b)得到的铸锭进行均匀化处理，再水冷；d)塑形变形步骤，将步骤c)得到的均匀化处理后的铸锭进行塑形变形，得到高性能的Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金。下面将结合附图对本专利技术做进一步说明。参考图1，执行步骤a)，将纯Mg、纯Al、Mg-20Ca中间合金、Mg-5Mn中间合金和纯Zn置于密闭的熔炼炉中，然后对熔炼炉抽真空并通氩气，对熔炼炉进行预热，再用熔炼炉加热原料至原料全部熔化，得到熔化的液体合金。本专利技术中，采用纯Mg、纯Al、Mg-20Ca中间合金、Mg-5Mn中间合金、和纯Zn混合熔炼，Mg-20Ca中间合金是一种高温稳定相，其引入起到了强化作用；Mg-20Ca中间合金的引入避免了MgO的产生，进一步提高了合金的力学性能。具体地，所述熔炼炉为真空熔铸一体机。对熔炼炉抽真空并通氩气的步骤包括，先抽真空使熔炼炉内压强在-98.750KPa以下，再通入氩气至熔炼炉内压强在0Kpa，然后再抽真空使熔炼炉内压强在-98.750以下，再通入氩气使熔炼炉内压强维持在-30KPa。所述熔炼炉预热的步骤包括，设定初始功率为5KW，预热时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能Mg‑Al‑Zn‑Mn‑Ca镁合金，其特征在于，包括以下成分：2.5‑3.5wt％的Al，0.6‑1.4wt％的Zn，0.15‑0.5wt％的Mn，0‑1wt％的Ca，0‑0.02wt％的杂质元素，剩余的组份为Mg。
【技术特征摘要】
1.一种高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金，其特征在于，包括以下成分：2.5-3.5wt％的Al，0.6-1.4wt％的Zn，0.15-0.5wt％的Mn，0-1wt％的Ca，0-0.02wt％的杂质元素，剩余的组份为Mg。2.根据权利要求1所述的一种高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金，其特征在于，所述杂质元素包括Fe、Si和Ni。3.一种高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)熔炼步骤，包括将纯Mg、纯Al、Mg-20Ca中间合金、Mg-5Mn中间合金和纯Zn置于密闭的熔炼炉中，然后对熔炼炉抽真空并通氩气，对熔炼炉进行预热，再用熔炼炉加热原料至原料全部熔化，得到熔化的液体合金；b)铸锭步骤，将步骤a)得到的熔化的液体合金静置，再将熔化后的液体合金浇铸至预热的模具中铸造成铸锭；c)均匀化处理步骤，将步骤b)得到的铸锭进行均匀化处理，再水冷；d)塑形变形步骤，将步骤c)得到的均匀化处理后的铸锭进行塑形变形，得到高性能的Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金。4.根据权利要求3所述的一种高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述熔炼炉为真空熔铸一体机。5.根据权利要求3所述的一种高性能Mg-Al-Zn-Mn-Ca镁合金的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢雅琳，宋雷鹏，张扬，李兴成，陈晓阳，丛孟启，王健，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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