一种室温高塑性镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有优异室温塑性的镁合金及其制备方法，属于(金属材料)镁合金技术领域。所述镁合金包含如下成分：2‑7wt.％Bi,1.5‑4wt.％Y,且Bi/Y比值为1.3‑2，Y含量≥1.5％，0.05～0.15wt％Mn，余量为Mg。其主要制备步骤包括熔炼、热处理和变形加工。该合金在室温下延伸率可以达到41％以上，展现出优异的室温塑性，是一种潜在的可用于进一步室温塑性加工或超塑性成型技术加工的镁合金材料；此外，该合金在浇铸和热处理过程中表现出优异的阻燃性能。

【技术实现步骤摘要】
一种室温高塑性镁合金及其制备方法
本专利技术涉及金属材料和金属材料加工领域，特别涉及一种Mg-Bi-Y-Mn高塑性阻燃镁合金及其制备方法；该合金在室温下有优异的塑性，可作为低温大塑性变形镁合金的坯料，以及潜在的耐热镁合金材料，应用前景广阔，属于镁合金

技术介绍
能源、材料和信息是人类社会发展的三大支柱，随着铁矿石等资源的日趋紧消耗，以及节能减排形势的日益严峻,开发和利用资源丰富的镁基材料是必然趋势。在金属材料中，镁密度约为1.74g/cm3，是铝合金的2/3，钢铁的1/4，镁合金具有密度小,比强度、比刚度较高,电磁屏蔽效果佳,阻尼减震性好,容易回收再利用等一系列优点,被誉为“二十一世纪绿色金属工程材料”,在航空航天、武器装备、电子通讯和交通运输等领域具有广阔的应用前景。但绝对强度较低，耐蚀性差，室温成形能力差等原因大大限制了镁及其合金作为新型绿色材料的应用。在高室温塑性镁合金开发方面，由于镁及其绝大多数合金的晶体结构为密排六方，低温(＜220℃)条件下主要为基面滑移，滑移系少导致其塑性不佳，且易在挤压或轧制过程中形成纤维织构或板织构，使合金进一步塑性变形能力变差。只有在较高温度下柱面滑移和锥面滑移系才能够启动，改善镁合金的塑性。但镁温度太高往往导致镁合金晶粒粗化，恶化了合金的力学性能(强度)，同时提高了合金加工成本。开发室温或较低温度下具有优异塑性能力的镁合金有利于实现镁合金在低温下甚至室温下的塑性加工，提高产品性能品质，同时降低生产的能耗等成本，极大促进镁及其合金作为新型绿色材料在汽车、轨道交通、航空等领域的广泛应用。因此，开发高室温塑性的镁合金对于进一步通过低温塑性变形提高镁合金强度，进而拓展镁合金的应用领域具有重要意义。近年来，随着对交通运输工具轻量化要求的日益迫切，已有大量研究工作通过各种方法来制备高室温塑性镁合金，国内外逐渐有一些高室温塑性镁合金被陆续开发出来。对比专利1(申请公布号：CN101381831A)公开了一种高塑性镁合金，该合金中镁、锌、锆的比例分别为80-83％、12-15％、2-8％，以及占质量比为23-27％的Li、占总质量比7-9％的锰、占总质量比4-6％的钇。通过熔炼、热处理和挤压，制得合金室温延伸率42-49。但合金中有大量的Li熔炼过程需要先抽真空，或通氩气保护，需要严格控制含氧量。另一方面合金中有大量的Y稀土元素和Li，造成合金成本的提高。对比专利2(申请公布号：CN102925771A)公开了一种高室温塑性镁合金材料及其制备方法：按质量百分比Li1.0-5.0％，Al2.5-3.5％,Zn0.7-1.3％,Mn0.2-0.5％,杂质≤0.3％，镁余量。通过将配方的纯锂和AZ31镁合金再抽真空并通入惰性气体的条件下熔炼制得，所得合金室温下延伸率在14-31％之间。合金熔炼工艺复杂，且整体室温延伸率仍然偏低。对比专利3(公开号CN16166997A)公开了一种含稀土钇的高塑性镁合金，由Mg、Zn、Zr、Y组成，其各组分质量百分比为Zn：5.0-8.5％；Zr：0.6-0.8；Y0.7-2.0，剩余部分为镁和不可避免杂质。挤压加工后，该合金室温延伸率可以达到18.37-21.45％,整体塑性仍然偏低。对比专利4(申请公布号：CN102061414A)公开了一种高塑性镁合金及其制备方法，其成分为：Al：0.5-2％，Mn2％，Ca0.02-0.1％，余量为镁，其室温延伸率可以达到25％。该专利技术合金成本较低，但延伸率仍偏低。这些已有相关高室温塑性的相关专利技术，所具有的室温塑性仍然偏低，为更好地满足消费电子、汽车等行业对高强镁合金低成本、易加工、高性能的要求，迫切需要开发出能够运用简单的生产加工过程制备出具有优异室温塑性的镁合金材料，这也将极大地拓展镁合金在未来进一步的推广应用，具有重大的经济和社会意义。
技术实现思路
本专利技术的目的为针对现有镁合金室温塑性低这一主要问题，提供一种具有优异室温塑性同时兼具优异阻燃性能的新型镁合金及其制备方法。该合金为一种Mg-Bi-Y-Mn合金，在这个合金系中，用极其简单的加工手段，就可以得到室温塑性优异的变形镁合金，其室温延伸率达到50％以上，同时具有优异的阻燃性能。本专利技术的技术方案是：一种高塑性阻燃镁合金，该合金为Mg-Bi-Y-Mn镁合金，其化学成分质量百分比为：2-7wt.％Bi,1.5-4wt.％Y,且Bi/Y比值为1.3-2，Y含量≥1.5％，0.05～0.15wt％Mn，余量为Mg及不可避免的杂质。所述的高塑性阻燃镁合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料：以纯Mg锭、纯Bi块、Mg-Y中间合金和Mg-Mn中间合金为原料，按照所述的镁合金成分进行配料；2)熔炼：设定炉温700～730℃，待炉温升温至预定温度时，将预热到200～300℃的纯Mg锭放入熔炼炉的坩埚中，待其熔化后，分别将预热到50～70℃的纯Bi块、预热到200～300℃的Mg-Y中间合金加入到镁熔液中；接着升高熔炼温度至750～760℃，并保温5～15分钟，然后搅拌3～10分钟，静置3～10分钟，加入Mg-Mn中间合金，并保温5～15分钟，然后搅拌3～10分钟，将炉温降低740～750℃，静置3～10分钟，通入氩气1～3分钟进行精炼除气处理；静置3～10分钟。整个熔炼过程在CO2/SF6混合气体保护下进行；3)浇注：将静置后的镁合金熔体浇注到相应的模具中，制得铸态镁合金；浇铸过程无需气体保护；4)热处理：对得到的铸态镁合金进行固溶热处理，热处理温度为470～510℃，时间为7～12小时，用40～80℃温水淬火；整个热处理过程均无需气体保护；5)将步骤4)中固溶处理后铸锭切割成相应的坯料并去皮；6)挤压加工：将步骤5)得到的坯料在30分钟之内加热到所需挤压温度，放入挤压筒中，进行挤压变形加工，挤压变形速度为0.1～20m/min，挤压比为10～40，挤压温度为270～450℃，最后得到所述的Mg-Bi-Y-Mn变形镁合金。所述的高强韧铸造镁合金的制备方法，所述的Mg-Y中间合金优选为Mg-30Y中间合金；所述的高强韧铸造镁合金的制备方法，所述的Mg-Mn中间合金优选为Mg-10Mn中间合金。所述的高强韧铸造镁合金的制备方法，其特征为所述的CO2/SF6混合气体组成优选为体积比CO2:SF6＝100:1。所述的步骤2)中的搅拌为机械搅拌或吹氩气搅拌。所述的步骤6)中挤压模具为用于成形棒、板、管、线或型材的模具。本专利技术的实质性特点为：镁合金的室温塑性与合金中晶粒大小，晶粒均匀性，第二相的种类，尺寸，数量，分布，以及合金的织构类型密切相关。高塑性镁合金需要控制并得到均匀细小的晶粒组织，一般通过在热变形过程中发生动态再结晶达到。在挤压等热加工过程中，粗大的第二相会被破碎细化，并且弥散分布于镁合金基体当中，进一步提高合金的力学性能。动态再结晶晶粒的长大若受到抑制，则易于获得细小晶粒。而具有较好热稳定性的第二相，可以在挤压过程中促进动态再结晶形核，抑制再结晶晶粒的长大。挤压镁合金经常存在较强的基面织构，导致合金的室温塑性降低，可以通过优化合金的织构来激发合金在外力下激活更多滑移系，从而提高合金的塑性变形能力。本专利技术的镁合金以Bi和Y为主要合金化元素，合金熔体中的Mg、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优异室温塑性的阻燃镁合金及其制备方法，其特征为该合金为Mg‑Bi‑Y‑Mn镁合金，其组分的质量百分比为：2‑7wt.％Bi,1.5‑4wt.％Y,且Bi/Y比值为1.3‑2，Y含量≥1.5％，0.05～0.15wt％Mn，余量为Mg。

【技术特征摘要】
1.一种优异室温塑性的阻燃镁合金及其制备方法，其特征为该合金为Mg-Bi-Y-Mn镁合金，其组分的质量百分比为：2-7wt.％Bi,1.5-4wt.％Y,且Bi/Y比值为1.3-2，Y含量≥1.5％，0.05～0.15wt％Mn，余量为Mg。2.如权利要求1所述的高强韧铸造镁合金的制备方法，其特征为包括以下步骤：1)配料：以纯Mg锭、纯Bi块、Mg-Y中间合金和Mg-Mn中间合金为原料，按照所述的镁合金成分进行配料；2)熔炼：设定炉温700～730℃，待炉温升温至预定温度时，将预热到200～300℃的纯Mg锭放入熔炼炉的坩埚中，待其熔化后，分别将预热到50～70℃的纯Bi块、预热到200～300℃的Mg-Y中间合金加入到镁熔液中；接着升高熔炼温度至750～760℃，并保温5～15分钟，然后搅拌3～10分钟，静置3～10分钟，加入Mg-Mn中间合金，并保温5～15分钟，然后搅拌3～10分钟，将炉温降低740～750℃，静置3～10分钟，通入氩气1～3分钟进行精炼除气处理；静置3～10分钟。整...

【专利技术属性】
技术研发人员：范海生，杨明绪，余晖，孟帅举，范少达，
申请(专利权)人：北京极泰冷锻科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11