一种高塑性镁合金及其制备方法

摘要

本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种高塑性镁合金及其制备方法。该合金的化学成分质量百分比为：铝0.1-6.0，锡0.1-3.0，锰0.01-2.0，锶0.01-2.0，其余为镁和不可避免的杂质；同时，该镁合金还可以含有添加元素锌、锑和稀土元素中的一种或几种；制备步骤为：先熔化镁和铝，然后加入锡，再加入添加元素和稀土元素，最后引入锶，经过搅拌、精炼处理后将熔体经过铸轧和轧制工艺制成板材；或将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后将铸锭挤压成型材或厚板，再将厚板轧制成薄板。本发明既提高了合金的强度，又提高了强韧性；本发明弥补了铸造镁合金难以适合变形工况，而变形镁合金难以适合铸造工况的不足。

权利要求

1.一种高塑性镁合金，其特征在于，该镁合金的化学成分质量百分比为：铝0.1-4.25，锡2.55-3.0，锰0.85-2.0，锶0.55-2.0，其余为镁和不可避免的杂质；同时，该镁合金还含有添加元素锌、锑和稀土元素中的一种或几种；

所述的高塑性镁合金通过以下步骤制备：

(1)备料：包括纯镁、纯铝、纯锡、铝-锰或镁-锰中间合金、铝-锶或镁-锶中间合金、纯锌、纯锑、镁-钕中间合金、镁-镧中间合金、镁-钇中间合金、镁-铈中间合金，所采用的中间合金为商业标准中间合金，且锰、锶、钕、镧、钇、铈合金元素质量百分比含量在所述中间合金中为10-15；

(2)先在坩埚底部均匀撒一层二号熔剂，加入纯镁锭，然后在镁锭上面加入所需铝锭，最后在最上面撒一层二号熔剂，进行加热熔化；

(3)将经过预热的纯锡加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式；

(4)分别将经过预热的纯锌、纯锑、镁-钕中间合金、镁-镧中间合金、镁-钇中间合金、镁-铈中间合金中的一种或几种加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀；

(5)将经过预热的铝-锰或镁-锰中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀，进行除铁和硅杂质；

(6)将经过预热的铝-锶或镁-锶中间合金加入熔体中，搅拌均匀；

(7)保持温度低于820℃以下，加入二号熔剂，搅拌，并从底部进行吹氩气精炼；

(8)静置处理，待温度降至750℃以下，将熔体经过铸轧和轧制工艺制成0.2-10毫米厚度的板材；或将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后将铸锭在250-450摄氏度挤压成型材或厚板，再将厚板轧制成薄板。

2.根据权利要求1所述的高塑性镁合金，其特征在于，所述的添加元素含量质量百分比为：锌0-1.0，锑0-3.0。

3.根据权利要求1或2所述的一种高塑性镁合金，其特征在于，所述的稀土元素为钕、镧、钇、铈中的一种或几种，且稀土元素的含量质量百分比为：0-2.0。

说明书

一种高塑性镁合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种高塑性镁合金及其制备方法。

背景技术

[0002] 镁合金作为最轻的工程结构金属材料，拥有许多优异的独特性能，如高比强度、高导电导热性，高阻尼减震性，高静电屏蔽性，兼有良好的再生回用等优点，在航空、航天、汽车和通讯等领域选材中备受青睐。尤其在轻量化方面，具有难以替代的显著优势。然而，由于镁的晶体为密排六方结构，滑移系少，塑性变形能力差，成为制约镁合金发展的重要瓶颈问题之一。因而，探索和开发新型高塑性镁合金始终是该领域的研究热点。

[0003] 然而，现有镁合金牌号仍然较少，通常铸造镁合金如AZ91等很难用于变形工况，而变形镁合金如AZ31的性能同样难以适合于铸造工况。因而，开发一种既适合于铸造又适合变形工况的新型镁合金具有重要的意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种工艺简单、可靠，且易于推广应用的高塑性镁合金及其制备方法，该合金既适用于铸造工况直接使用，又适合于变形工况，如轧制板材、挤压管材、挤压型材等。

[0005] 本发明的技术方案是：将镁锭和所需加入的铝一起熔化，然后加入锡，再加入所需添加元素和稀土元素，搅拌之后再通过铝-锰或镁-锰中间合金引入锰，进行除铁和硅杂质，然后加入铝-锶或镁-锶中间合金引入锶，最后搅拌、精炼处理，待静置保温后将熔体经过铸轧和轧制工艺制成板材；或将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后将铸锭挤压成型材或厚板，再将厚板轧制成薄板。

[0006] 具体包括：

[0007] 1.一种高塑性镁合金，其特征在于，该镁合金的化学成分质量百分比为：铝0.1-6.0，锡0.1-3.0，锰0.01-2.0，锶0.01-2.0，其余为镁和不可避免的杂质；同时，该镁合金还含有添加元素锌、锑和稀土元素中的一种或几种。

[0008] 2.根据权利要求1所述的高塑性镁合金，其特征在于，所述的化学成分质量百分比为：铝1.80-2.95，锡1.00-2.95，锰0.05-0.55，锶0.01-1.10；

[0009] 3.根据权利要求1所述的高塑性镁合金，其特征在于，所述的添加元素含量质量百分比为：锌0-1.0，锑0-3.0；

[0010] 4.根据权利要求1所述的高塑性镁合金，其特征在于，所述的稀土元素为钕、镧、钇、铈中的一种或几种，且稀土元素的含量质量百分比为：0-2.0；

[0011] 5.一种用于权利要求1所述的高塑性镁合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

[0012] (1)按照上述的镁合金成分含量进行备料，包括纯镁、纯铝、纯锡、铝-锰或镁-锰中间合金、铝-锶或镁-锶中间合金、纯锌、纯锑、镁-钕中间合金、镁-镧中间合金、镁-钇中间合金、镁-铈中间合金，所采用的中间合金为商业标准中间合金，合金元素质量百分比含量为10-15；

[0013] (2)先在坩埚底部均匀撒一层二号溶剂，加入纯镁锭，然后在镁锭上面加入所需铝锭，最后在最上面撒一层二号溶剂，进行加热熔化；

[0014] (3)将上述含量的并且经过预热的纯锡加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式；

[0015] (4)分别将上述含量的并且经过预热的纯锌、纯锑、镁-钕中间合金、镁-镧中间合金、镁-钇中间合金、镁-铈中间合金中的一种或几种加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀；

[0016] (5)将上述含量的经过预热的铝-锰或镁-锰中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀，进行除铁和硅杂质；

[0017] (6)将上述含量的经过预热的铝-锶或镁-锶中间合金加入熔体中，搅拌均匀；

[0018] (7)保持温度低于820℃以下，加入二号熔剂，搅拌，并从底部进行吹氩气精炼；

[0019] (8)静置处理，待温度降至750℃以下，将熔体经过铸轧和轧制工艺制成0.2-10毫米厚度的板材；或将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后将铸锭在250-450度挤压成型材或厚板，再将厚板轧制成薄板。

[0020] 本发明与目前现有技术相比具有以下特点：

[0021] 本发明合金既适用于铸造工况，又适合于变形工况，如轧制板材、挤压管材、挤压型材等；并且，制备工艺简单，易于推广应用。

[0022] 1)本发明镁合金具有高塑性，成分优化后的合金可获得延伸率为20-43％、抗拉强度为210-280MPa、轧制变形率可达到87％，一次压下变形量大于50％；

[0023] 2)本发明合金不含具有毒性的铅元素，也不含引起脆性的硅元素；

[0024] 3)本发明合金中同时添加铝、锡、锰和锶元素，既提高了合金的强度，又提高了强韧性；添加锡还可以起到降低合金层错能，从而提高塑性；添加锰元素后，还可以起到去除铁和硅杂质的作用，提高了合金纯净度，同时，锰还能够细化晶粒；在添加锶元素后，还可起到净化晶界、细化铸态组织和再结晶组织的作用，此外，锶还可以起到改善析出相Mg17Al12和Mg2Sn的作用；

[0025] 4)本发明合金与不添加锰元素的合金相比，在提高塑性的同时，合金的耐腐蚀性能和抗疲劳性能得到了明显提高；

[0026] 5)本发明合金中的添加元素锌、锑和稀土元素钕、镧、钇、铈也可起到晶粒细化和阻燃的作用，有利于提高合金的性能。

[0027] 6)本专利在制备方法上的特点为：先将镁锭和铝同时熔化，然后加入所需添加元素锌、锑和稀土元素钕、镧、钇、铈；再引入锰，除铁和硅杂质；最后引入锶。

具体实施方式

[0028] 实施例一

[0029] (1)按合金中元素的质量百分比：铝2.95％、锡2.85％、锰0.15％，锶0.18％，其余为镁，称取所需的纯镁、纯铝、纯锡、铝-10％锰中间、铝-10％锶中间合金；

[0030] (2)先在坩埚底部均匀撒一层二号溶剂，加入纯镁锭，然后在镁锭上面加入所需铝锭，最后在最上面撒一层二号溶剂，进行加热熔化；

[0031] (3)将上述含量的并且经过预热的纯锡加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式；

[0032] (4)将上述含量的经过预热的铝-10％锰中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀，进行除铁和硅杂质；

[0033] (6)将上述含量的经过预热的铝-10％锶中间合金加入熔体中，搅拌均匀；

[0034] (7)保持温度低于820℃以下，加入二号熔剂，搅拌，并从底部进行吹氩气精炼；

[0035] (8)静置处理，待温度降至750℃以下，将熔体经过铸轧和轧制工艺制成0.2-10毫米厚度的板材；或将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后将铸锭在250-450度挤压成型材或厚板，再将厚板轧制成薄板。该合金可获得延伸率为30-43％、抗拉强度为210-250MPa、轧制变形率可达到87％，一次压下变形量大于50％，合金耐腐蚀性能较不添加锰和锶时的合金提高50％以上。

[0036] 实施例二

[0037] (1)按合金中元素的质量百分比：铝5.85％、锡2.65％、锰0.02％、锶0.03％，其余为镁，称取所需的纯铝、纯锡、镁-10％锰中间合金、镁-15％锶中间合金；

[0038] (2)先在坩埚底部均匀撒一层二号溶剂，加入纯镁锭，然后在镁锭上面加入所需铝锭，最后在最上面撒一层二号溶剂，进行加热熔化；

[0039] (3)将上述含量的并且经过预热的纯锡加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式；

[0040] (4)将上述含量的经过预热的镁-10％锰中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀，进行除铁和硅杂质；

[0041] (6)将上述含量的经过预热的镁-15％锶中间合金加入熔体中，搅拌均匀；

[0042] (7)保持温度低于820℃以下，加入二号熔剂，搅拌，并从底部进行吹氩气精炼；

[0043] (8)静置处理，待温度降至750℃以下，将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后将铸锭在250-450度挤压成型材或厚板。该合金可获得延伸率为20-25％、抗拉强度为250-280MPa，合金耐腐蚀性能较不添加锰和锶时的合金提高50％以上。

[0044] 实施例三

[0045] (1)按合金中元素的质量百分比：铝1.65％、锡0.85％、锰1.85％、锶1.45％，添加元素：锌0.95、锑2.7％，其余为镁，称取所需的纯镁、纯铝、纯锡、镁-10％锰中间合金、铝-10％锶中间合金、纯锌、纯锑；

[0046] (2)先在坩埚底部均匀撒一层二号溶剂，加入纯镁锭，然后在镁锭上面加入所需铝锭，最后在最上面撒一层二号溶剂，进行加热熔化；

[0047] (3)将上述含量的并且经过预热的纯锡、纯锌、纯锑加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式；

[0048] (4)将上述含量的经过预热的镁-10％锰中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀，进行除铁和硅杂质；

[0049] (5)将上述含量的经过预热的铝-10％锶中间合金加入熔体中，搅拌均匀；

[0050] (6)保持温度低于820℃以下，加入二号熔剂，搅拌，并从底部进行吹氩气精炼；

[0051] (7)静置处理，待温度降至750℃以下，将熔体经过铸轧和轧制工艺制成0.2-10毫米厚度的板材；或将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后将铸锭在250-450度挤压成型材或厚板，再将厚板轧制成薄板。

[0052] 实施例四

[0053] (1)按合金中元素的质量百分比：铝4.25％、锡1.95％，锰0.85％，锶0.95％，锌0.55、钕0.1％、钇1.5％，其余为镁，称取所需的纯镁、纯铝、纯锡、纯锌、镁-10％锰中间合金、镁-15％锶中间合金、镁-10％钕中间合金、镁-12％钇中间合金；

[0054] (2)先在坩埚底部均匀撒一层二号溶剂，加入纯镁锭，然后在镁锭上面加入所需铝锭，最后在最上面撒一层二号溶剂，进行加热熔化；

[0055] (3)将上述含量的并且经过预热的纯锡加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式；

[0056] (4)分别将上述含量的并且经过预热的纯锌、镁-10％钕中间合金、镁-12％钇中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀；

[0057] (5)将上述含量的经过预热的镁-10％锰中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀，进行除铁和硅杂质；

[0058] (6)将上述含量的经过预热的镁-15％锶中间合金加入熔体中，搅拌均匀；

[0059] (7)保持温度低于820℃以下，加入二号熔剂，搅拌，并从底部进行吹氩气精炼；

[0060] (8)静置处理，待温度降至750℃以下，将熔体经过铸轧和轧制工艺制成0.2-10毫米厚度的板材；或将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后将铸锭在250-450度挤压成型材或厚板，再将厚板轧制成薄板。该合金可获得延伸率为20-30％、抗拉强度为230-270MPa。

[0061] 实施例五

[0062] (1)按合金中元素的质量百分比：铝1.55％、锡2.55％、锰1.25％、锶0.55％，锑1.25、钕1.45％、镧1.25％、铈1.35％，其余为镁，称取所需的纯镁、纯铝、纯锡、纯锑、镁-10％锰中间合金、铝-10％锶中间合金、镁-10％钕中间合金、镁-10％镧中间合金、镁-15％铈中间合金；

[0063] (2)先在坩埚底部均匀撒一层二号溶剂，加入纯镁锭，然后在镁锭上面加入所需铝锭，最后在最上面撒一层二号溶剂，进行加热熔化；

[0064] (3)将上述含量的并且经过预热的纯锡加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式；

[0065] (4)分别将上述含量的并且经过预热的纯锑、镁-10％钕中间合金、镁-10％镧中间合金、镁-15％铈中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀；

[0066] (5)将上述含量的经过预热的镁-10％锰中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀，进行除铁和硅杂质；

[0067] (6)将上述含量的经过预热的铝-10％锶合金加入熔体中，搅拌均匀；

[0068] (7)保持温度低于820℃以下，加入二号熔剂，搅拌，并从底部进行吹氩气精炼；

[0069] (8)静置处理，待温度降至750℃以下，将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后将铸锭在250-450度挤压成型材或厚板，再将厚板轧制成薄板。

[0070] 实施例六

[0071] (1)按合金中元素的质量百分比：铝3.25％、锡0.55％、锰1.25％、锶0.55％，锑1.25％、钕1.55％、镧0.25％、铈0.05％，其余为镁，称取所需的纯镁、纯铝、纯锡、镁-10％锰中间合金、镁-10％锶中间合金、纯锑、镁-10％钕中间合金、镁-10％镧中间合金、镁-15％铈中间合金；

[0072] (2)先在坩埚底部均匀撒一层二号溶剂，加入纯镁锭，然后在镁锭上面加入所需铝锭，最后在最上面撒一层二号溶剂，进行加热熔化；

[0073] (3)将上述含量的并且经过预热的纯锡加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式；

[0074] (4)分别将上述含量的并且经过预热的纯锑、镁-10％钕中间合金、镁-10％镧中间合金、镁-15％铈中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀；

[0075] (5)将上述含量的经过预热的镁-10％锰中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀，进行除铁和硅杂质；

[0076] (6)将上述含量的经过预热的镁-10％锶中间合金加入熔体中，搅拌均匀；

[0077] (7)保持温度低于820℃以下，加入二号熔剂，搅拌，并从底部进行吹氩气精炼；

[0078] (8)静置处理，待温度降至750℃以下，将熔体经过铸轧和轧制工艺制成0.2-10毫米厚度的板材；或将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后将铸锭在250-450度挤压成型材或厚板，再将厚板轧制成薄板。

[0079] 实施例七

[0080] (1)按合金中元素的质量百分比：铝2.55％、锡1.50％、锰0.35％、锶0.80％、锌0.15、镧1.45％，其余为镁，称取所需的包括纯镁、纯铝、纯锡、铝-10％锰、铝-10％锶中间合金、纯锌、镁-10％镧中间合金；

[0081] (2)先在坩埚底部均匀撒一层二号溶剂，加入纯镁锭，然后在镁锭上面加入所需铝锭，最后在最上面撒一层二号溶剂，进行加热熔化；

[0082] (3)将上述含量的并且经过预热的纯锡加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式；

[0083] (4)分别将上述含量的并且经过预热的纯锌、镁-10％镧中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀；

[0084] (5)将上述含量的经过预热的铝-10％锰中间合金加入熔体中，加入方式为上部熔化淋入方式，搅拌均匀，进行除铁和硅杂质；

[0085] (6)将上述含量的经过预热的铝-10％锶合金加入熔体中，搅拌均匀；

[0086] (7)保持温度低于820℃以下，加入二号熔剂，搅拌，并从底部进行吹氩气精炼；

[0087] (8)静置处理，待温度降至750℃以下，将熔体经过铸轧和轧制工艺制成0.2-10毫米厚度的板材；或将熔体直接浇注成铸锭；或先浇注成铸锭，然后将铸锭在250-450度挤压成型材或厚板，再将厚板轧制成薄板。该合金可获得延伸率为25-30％、抗拉强度为210-240MPa。

[0088] 实施例八

[0089] (1)按合金中元素的质量百分比：铝2.75％、锡2.80％、锰0.04％、锶0.25％、锌0.45％、铈0.05％，其余为镁，称取所需的纯镁、纯铝、纯锡、铝-10％锰中间合金、铝-10％锶中间合金、纯锌、镁-15％铈中间合金；

[0090] (2)先在坩埚底部均匀撒一层二号溶剂，加入纯镁锭，然后在镁锭上面加入所需铝