韧性镁合金及其制备方法

摘要

本发明提供一种具有良好室温韧性的新型镁合金，以及所述镁合金的制备方法，该合金成分的质量百分含量为：0.5～6％Zn，0.5～5％Sn，0.05～5％Pb，其余为Mg。该韧性镁合金的制备方法，制备步骤为：按照质量百分含量为Sn 0.5～5％、Pb 0.05～5％、Zn0.5～6％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，N2、CO2和SF6的体积比为8∶16∶76。当温度升至700～725℃时，保温5～10分钟后冷却得到韧性镁合金。

权利要求

1.一种韧性镁合金，合金成分的质量百分含量为：0.5～6％Zn，0.5～5％Sn，0.05～

5％Pb，其余为Mg。

2.根据权利要求1所述的韧性镁合金，其中，合金中还含有质量百分含量为0.01～

4％的Zr元素。

3.根据权利要求1或2所述的韧性镁合金，其中，合金中还含有质量百分含量为

0.01～4％的Sr元素。

4.根据权利要求1或2所述的韧性镁合金，其中，合金中还含有质量百分含量为

0.01～4％的Mn元素。

5.根据权利要求1或2所述的韧性镁合金，其中，合金中还含有质量百分含量为

0.001-1％的稀土元素。

6.根据权利要求3所述的韧性镁合金，其中，合金中还含有质量百分含量为0.001-1％的稀土元素。

7.根据权利要求4所述的韧性镁合金，其中，合金中还含有质量百分含量为0.001-1％的稀土元素。

8.一种韧性镁合金的制备方法，制备步骤为：按照质量百分含量为0.5～6％Zn、

0.5～5％Sn、0.05～5％Pb、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，当温度升至700～

725℃时，保温4～8分钟后冷却得到韧性镁合金；其中混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8∶16∶76。

9.根据权利要求8所述的韧性镁合金的制备方法，其中，所述制备镁合金过程中还添加质量百分含量为0.01～4％的金属元素Zr、Sr或Mn。

10.根据权利要求8所述的韧性镁合金的制备方法，其中，所述制备镁合金过程中还添加质量百分含量为0.01～4％的Zr和0.01～4％的Sr。

11.根据权利要求8所述的韧性镁合金的制备方法，其中，所述制备镁合金过程中还添加质量百分含量为0.01～4％的Zr和0.01～4％的Mn。

12.根据权利要求8、9、10或11所述的韧性镁合金的制备方法，其中，所述制备镁合金过程中还添加质量百分含量为0.001-1％的稀土元素La、Pr、Ce或Nd。

说明书

韧性镁合金及其制备方法

一、技术领域

[0001] 本发明涉及一种韧性镁合金及其制备方法，具体涉及一种含锌铅锡的韧性镁合金及其制备方法，属于镁合金技术领域，二、背景技术

[0002] 镁合金因其具有比强度及比刚度高的性能特点，普遍应用于工业产品制造中。但是现有普通镁合金的塑性、韧性较差。目前只有一些对高塑性镁合金的研究：

[0003] 200610026842.X提出一种自生准晶增强的高塑性变形镁合金，属于金属材料技术领域。该发明组分及其重量百分比为：2-10％Zn，0.5-6％Gd，0-1.0％Zr，杂质元素Fe＜0.005％，Ni＜0.002％，其余为Mg。该发明合金含有准晶相，以树枝晶形式原位形成于铸态组织中，经过挤压或轧制热变形工艺，该准晶相破碎沿着变形方向分布，同时在挤压或轧制过程中在基体内部和晶界处析出弥散分布的二次准晶相，从而增强了合金的性能。

[0004] 200810069464.2提供了一种具有高屈强比和高塑性的变形镁合金，该合金各组份的重量百分比为锌1.0％～2.0％、锆0.1％～0.6％、稀土铒0.1％～0.8％，其余为镁和不可避免的杂质。铒与合金中的杂质元素、镁以及合金液中卷入的氧等结合形成细小弥散析出相，有效净化合金，并促进热变形过程中的动态再结晶、阻碍再结晶晶粒长大。

[0005] 以上各专利申请都是在镁锌母合金的基础上，添加一定量的稀土元素和其它元素来改善镁合金的韧性、塑性和其它性能，改善的程度受限于母体合金，没有形成独立的韧性镁合金体系。三、发明内容

[0006] 解决问题：

[0007] 本发明针对上述技术缺陷，提供一种具有良好室温韧性的新型镁合金。

[0008] 本发明的另外还提供上述镁合金的制备方法。

[0009] 技术方案：

[0010] 一种韧性镁合金，合金成分的质量百分含量为：0.5～6％Zn，0.5～5％Sn，0.05～5％Pb，其余为Mg。

[0011] 其中，合金中还含有质量百分含量为0.01～4％的Zr元素。

[0012] 其中，在Sn、Pb、Zn、Mg合金中还含有质量百分含量为0.01～4％的Sr元素；以及在Sn、Pb、Zn、Mg、Zr合金中含有质量百分含量为0.01～4％的Sr元素。

[0013] 其中，在Sn、Pb、Zn、Mg合金中还含有质量百分含量为0.01～4％的Mn元素；以及在合金Sn、Pb、Zn、Mg、Zr合金中含有质量百分含量为0.01～4％的Mn元素。

[0014] 另外，上述几种镁合金中还可以含有质量百分含量为0.001-1％的稀土元素，稀土元素如：La、Pr、Ce或Nd元素。

[0015] 一种韧性镁合金的制备方法，制备步骤为：按照质量百分含量为0.5～6％Zn、0.5～5％Sn、0.05～5％Pb、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8∶16∶76。当温度升至700～725℃时，保温4～8分钟后冷却得到韧性镁合金。

[0016] 其中，所述镁合金中还可添加少量一种或几种其它金属元素或稀土元素。有的金属元素可以中间合金块的形式加入，如Zr、Sr元素的加入，以Mg-Zr中间合金块和Mg-Sr中间合金块的形式。

[0017] 其中，所添加的其它金属元素可为Zr、Sr或Mn，或同时添加Zr和Sr；或同时Zr和Mn。

[0018] 另外在上述合金的制备过程中还可向其中添加稀土元素如La、Pr、Ce或Nd元素等。

[0019] 本发明的有益效果：

[0020] 本发明的韧性镁合金，仅使用普通锡、铅、锌等常规元素，避开了使用大量的稀贵元素，生产制备工艺简单，合金的成本较低，韧性高。在一定量的Sr或Mn或Zr的作用下，锡、铅、锌对镁的韧性增大作用效果更加明显。四、附图说明

[0021] 图1本发明为含3％Zn、2％Sn及3％Pb的韧性镁合金的扫描电镜组织。

[0022] 图中亮处为镁合金中的镁锡铅锌化合物。五、具体实施方式

[0023] 下面结合实例对本发明作进一步的描述，以下实施例中的质量百分含量的取值范围，表示原料的可以该含量范围内任取质量，每个实施例都可以形成多种用量关系。

[0024] 实施例一

[0025] 韧性镁锡铅锌合金，其制备步骤为：按照质量百分含量为0.5～6％Zn、0.5～5％Sn、0.05～5％Pb、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，当温度升至700～720℃时，保温5～10分钟后冷却得到韧性镁合金。其中：混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8∶16∶76。

[0026] 实施例二

[0027] 韧性镁锡铅锌锆合金，其制备步骤为：按照质量百分含量为0.5～6％Zn、0.5～5％Sn、0.05～5％Pb、Zr0.01～4％、其余为Mg的合金成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯 Sn条、纯Pb块、Zn锭、Mg-Zr中间合金块在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，当温度升至700～725℃时，保温5～10分钟后冷却得到韧性镁合金。其中：混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8∶16∶76；Mg-Zr中间合金块中Zr的质量百分含量为30％。

[0028] 实施例三

[0029] 韧性镁锡铅锌锶合金，其制备步骤为：按照质量百分含量为0.5～6％Zn、0.5～5％Sn、0.05～5％Pb、Sr0.01～4％、其余为Mg成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭、Mg-Zr中间合金块、Mg-Sr中间合金块在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，当温度升至700～720℃时，保温5～10分钟后冷却得到韧性镁合金。其中：混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8∶16∶76；Mg-Sr中间合金块中Sr的质量百分含量为40％。

[0030] 实施例四

[0031] 韧性镁锡铅锌锰合金，其制备步骤为：按照质量百分含量为0.5～6％Zn、0.5～5％Sn、0.05～5％Pb、Mn0.01～4％、其余为Mg的成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭、纯Mn片在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，当温度升至700～720℃时，保温5～10分钟后冷却得到韧性镁合金。其中：混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8∶16∶76。

[0032] 实施例五

[0033] 韧性镁锡铅锌锆锶合金，其制备步骤为：按照质量百分含量为0.5～6％Zn、0.5～5％Sn、0.05～5％Pb、Sr0.01～4％、Zr0.01～4％、其余为Mg成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭、Mg-Sr中间合金块、在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化。当温度升至700～720℃时，保温5～10分钟后冷却得到韧性镁合金。其中：混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8∶16∶76；Mg-Sr中间合金块中Sr的质量百分含量为40％；Mg-Zr中间合金块中Zr的质量百分含量为30％。

[0034] 实施例六

[0035] 韧性镁锡铅锌锆锰合金，其制备步骤为：按照质量百分含量为0.5～6％Zn、0.5～5％Sn、0.05～5％Pb、Mn0.01～4％、Zr0.01～4％、其余为Mg的成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭、纯Mn片、Mg-Zr中间合金块在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，当温度升至700～720℃时，保温5～10分钟后冷却得到韧性镁合金。其中：混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8∶16∶76；Mg-Zr中间合金块中Zr的质量百分含量为30％。

[0036] 实施例七

[0037] 韧性镁锡铅锌锆锰钕合金，其制备步骤为：按照质量百分含量为0.5～6％Zn、0.5～5％Sn、0.05～5％Pb、Mn0.01～4％、Zr0.01～4％、0.001-1％稀土元素Nd、其余为Mg的成分配比进行配料，将上述配好的纯Mg锭、纯Sn条、纯Pb块、Zn锭、纯Mn片、Nd块、Mg-Zr中间合金块，在N2/CO2/SF6混合保护气氛中一起加热熔化，当温度升至700～720℃时，保温5～10分钟后冷却得到韧性镁合金。其中：混合保护气氛中N2、CO2和SF6的体积比为8∶16∶76；Mg-Zr中间合金块中Zr的质量百分含量为30％。

[0038] 实验数据：

[0039] 下表为不同成份的镁合金韧性指标参数，其中对比合金为现有技术的产品，产品1-产品5为采用本发明技术所得到的产品。

[0040]2
合金编号 成分(质量百分含量) 冲击韧性/J/cm
对比合金 Al为9％，Zn为1％，其余为Mg 8
产品1 Sn为3％，Pb为2％，Zn为3％，其余为Mg 18
合金编号 成分(质量百分含量) 冲击韧性/J/cm2
产品2 Sn为3％，Pb为2％，Zn为2％，Zr为3％，其余为Mg 22
产品3 Sn为3％，Pb为2％，Zn为2％，Sr为3％，其余为Mg 28
产品4 Sn为3％，Pb为2％，Zn为2％，Mn为3％，其余为Mg 29
产品5 Sn为3％，Pb为2％，Zn为2％，Mn为3％，Zr为0.5％其余为Mg 31

[0041] 由上表可见，镁合金中加入Sn、Pb、Zn元素后，合金的韧性明显增大。同时在Sr或Mn或Zr金属元素的作用下，锡、铅、锌对镁的韧性增大作用效果更加明显。