一种高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及镁合金技术领域，尤其是一种高强度Mg‑Sn‑Zn‑Al‑Ce镁合金及其制备方法，该合金的组分为：4～8wt.％Sn，2～4wt.％Zn，2～4wt.％Al，0.5～2wt.％Ce，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。高强度Mg‑Sn‑Zn‑Al‑Ce镁合金的制备方法包括：熔炼和热处理两个工艺，其中熔炼工艺步骤包括：烘料、熔Mg、加Sn和Zn、加Al、加Ce、铸造，热处理工艺包括固溶和时效处理。本发明专利技术通过向Mg‑Sn‑Zn‑Al合金中加入一定质量的Ce元素，将具有高热稳定性的强化相引入镁锡合金基体中，并细化了镁锡合金铸态组织，起到强化作用，获得高强度镁合金材料。

A High Strength Mg-Sn-Zn-Al-Ce Magnesium Alloy and Its Preparation Method

The invention relates to the technical field of magnesium alloys, in particular to a high strength Mg Sn Zn Al Ce magnesium alloy and its preparation method. The composition of the alloy is 4-8wt.% Sn, 2-4wt.% Zn, 2-4wt.% Al, 0.5-2wt.% Ce, and the total amount of impurity elements Si, Fe, Cu and Ni is less than 0.02wt.%, and the remainder is Mg. The preparation methods of high strength Mg Sn Zn Al Ce magnesium alloys include melting and heat treatment. The melting process includes baking, melting Mg, adding Sn and Zn, adding Al, Ce and casting. The heat treatment process includes solid solution and aging treatment. By adding Ce element of certain quality to Mg Sn Zn Al alloy, the reinforcing phase with high thermal stability is introduced into the Mg Sn alloy matrix, and the as-cast structure of the Mg Sn alloy is refined to play a reinforcing role to obtain high strength magnesium alloy material.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金及其制备方法
本专利技术涉及镁合金领域，具体领域为一种添加Sn、Zn、Al和Ce元素的高强度镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金具有密度低、来源广泛、比强度和比刚度高等优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，在航空航天、汽车、轨道交通、电子行业等对轻量化要求很高的领域有着广泛的潜在应用前景。目前来看，限制镁合金应用的一大难题是其强度偏低，难以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。Mg-Sn-Zn-Al系镁合金具有成本低、抗蠕变性能较好等优点，被认为是一种有发展前景的高温镁合金系列。Mg-Sn-Zn-Al系合金主要由α-Mg、Mg2Sn相和Mg32(Al,Zn)49相组成。由于Mg2Sn相具有高熔点和高硬度的性质。一方面Mg2Sn相在基体中作为硬质相，可提高合金的强度；另一方面Mg2Sn相钉扎在晶界，阻碍晶界扩散，细化组织，提高合金强度。Zn元素的加入能够改善合金的铸造性能，同时与Mg、Al形成强化相；Al是镁合金中有效的强化剂，Al的加入能够有效提高合金的硬度。稀土元素是该系列镁合金有效的强化元素，研究表明，稀土元素单独添加或混合添加对于该系列镁合金的强度及耐热性有一定的提升作用。Chaubey等人研究发现，添加Ce到Mg-Zn-Al系合金中，其与基体形成的Al4Ce强化相，对提高合金力学性能有显著效果。同时，Al4Ce相的形成消耗了部分Al元素，所以热稳定差的Mg32(Al,Zn)49相数量减少，增强了合金的耐热性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金及其制备方法，通过向Mg-Sn-Zn-Al合金中加入一定质量的Ce元素，提高合金力学性能，并提高合金的热稳定性。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金，组分包括：4～8wt.％Sn，2～4wt.％Zn，2～4wt.％Al，0.5～2wt.％Ce，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。本专利技术所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金，组分包括4wt.％Sn，2wt.％Zn，2wt.％Al，0.5wt.％Ce，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量为0.01wt.％，Mg为91.49wt.％。本专利技术所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金，组分包括6wt.％Sn，3wt.％Zn，3wt.％Al，1wt.％Ce，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量为0.015wt.％，Mg为86.985wt.％。本专利技术所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金，组分包括8wt.％Sn，4wt.％Zn，4wt.％Al，2wt.％Ce，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量为0.018wt.％，Mg为81.982wt.％。本专利技术任一所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金的制备方法，分为熔炼和热处理工艺两个阶段：其中，熔炼工艺步骤如下：(1)烘料：分别称取纯Mg、纯Sn、纯Zn、纯Al、Mg-Ce中间合金，然后将上述所有原料分别于180～250℃烘干3小时以上；(2)熔Mg：将烘干后的所述纯Mg放入坩埚电阻炉中熔化形成镁液；(3)加Sn和Zn：当所述镁液的温度达到700～740℃时，向所述镁液中加入纯Sn，待所述纯Sn熔化后，熔体温度回升至700～740℃时加入纯Zn；(4)加Al和Ce：待所述纯Zn完全熔化后，熔体温度回升至700～740℃时加入纯Al；待所述纯Al熔化后，熔体温度回升至700～740℃时加入纯Mg-Ce中间合金；(5)铸造：待熔体温度回升至730～750℃时，保温10～20分钟，撇去表面浮渣并浇铸镁合金锭。本专利技术所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金的制备方法，其中，纯Mg-Ce中间合金中Ce占25wt.％。本专利技术所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金的制备方法，其中，热处理工艺为：将得到的所述镁合金锭在450～470℃温度下进行18～24小时的固溶，水淬；对固溶处理后的镁合金锭进行200℃×4～6h或150℃×8～12h的时效处理，得到高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金。本专利技术所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金的制备方法，其中，所述熔炼工艺工序在SF6和CO2混合气体保护条件下进行。本专利技术所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金的制备方法，其中，所述熔炼工艺的步骤(5)中浇铸用钢制模具预先加热至180～250℃。本专利技术所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金的制备方法，其中，所述热处理工艺中的固溶处理在含硫气氛保护下进行。本专利技术采用Sn为第一组分，Sn的加入能够与Mg形成Mg2Sn相，一方面Mg2Sn相在基体中作为硬质相，可提高合金的强度；另一方面Mg2Sn相钉扎在晶界，阻碍晶界扩散，细化组织，提高合金强度；本专利技术采用Zn为第二组分，Zn元素的加入能够改善合金的铸造性能，同时与Mg、Al形成强化相；本专利技术采用Al为第三组分，Al是镁合金中有效的强化剂，Al的加入能够有效提高合金的硬度；本专利技术采用Ce为第四组分，Ce的加入能够与基体形成的Al4Ce强化相，对提高合金力学性能有显著效果。同时，Al4Ce相的形成消耗了部分Al元素，所以热稳定差的Mg32(Al,Zn)49相数量减少，增强了合金的耐热性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过向Mg-Sn-Zn-Al合金中添加Ce元素，将具有高热稳定性的强化相引入镁锡合金基体中，同时较少了热稳定性差的Mg32(Al,Zn)49相的数量，起到强化作用；(2)本专利技术通过向Mg-Sn-Zn-Al合金中添加Ce元素，细化了镁锡合金铸态组织，发挥了细晶强化的效果，进一步提高了镁锡合金的力学性能；(3)本专利技术获得了能够满足不同需求的高强度镁锡合金，尤其满足了对于轻质高强材料的需求；(4)本专利技术的制备工艺操作简单、方便。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金，组分包括：4～8wt.％Sn，2～4wt.％Zn，2～4wt.％Al，0.5～2wt.％Ce，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金的制备方法，分为熔炼和热处理工艺两个阶段：其中，熔炼工艺在SF6和CO2混合气体保护条件下进行，步骤如下：(1)烘料：分别称取纯Mg、纯Sn、纯Zn、纯Al、Mg-Ce中间合金，然后将上述所有原料分别于180～250℃烘干3小时以上；(2)熔Mg：将烘干后的所述纯Mg放入坩埚电阻炉中熔化形成镁液；(3)加Sn和Zn：当所述镁液的温度达到700～740℃时，向所述镁液中加入纯Sn，待所述纯Sn熔化后，熔体温度回升至700～740℃时加入纯Zn；(4)加Al和Ce：待所述纯Zn完全熔化后，熔体温度回升至700～740℃时加入纯Al；待所述纯Al熔化后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度Mg‑Sn‑Zn‑Al‑Ce镁合金，其特征在于：组分包括：4～8wt.％Sn，2～4wt.％Zn，2～4wt.％Al，0.5～2wt.％Ce，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。

【技术特征摘要】
1.一种高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金，其特征在于：组分包括：4～8wt.％Sn，2～4wt.％Zn，2～4wt.％Al，0.5～2wt.％Ce，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。2.根据权利要求1所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金，其特征在于：组分包括4wt.％Sn，2wt.％Zn，2wt.％Al，0.5wt.％Ce，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量为0.01wt.％，Mg为91.49wt.％。3.根据权利要求1所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金，其特征在于：组分包括6wt.％Sn，3wt.％Zn，3wt.％Al，1wt.％Ce，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量为0.015wt.％，Mg为86.985wt.％。4.根据权利要求1所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金，其特征在于：组分包括8wt.％Sn，4wt.％Zn，4wt.％Al，2wt.％Ce，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量为0.018wt.％，Mg为81.982wt.％。5.权利要求1-4任一所述的高强度Mg-Sn-Zn-Al-Ce镁合金的制备方法，其特征在于：分为熔炼和热处理工艺两个阶段：其中，熔炼工艺步骤如下：(1)烘料：分别称取纯Mg、纯Sn、纯Zn、纯Al、Mg-Ce中间合金，然后将上述所有原料分别于180～250℃烘干3小时以上；(2)熔Mg：将烘干后的所述纯Mg放入坩埚电阻炉中熔化形成镁液；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文婷，张扬，卢雅琳，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32