[发明专利]一种Mg-Sn-Si-La系耐热镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含锡和硅的耐热镁合金及其制备方法，具体涉及一种Mg-Sn-Si-La系耐热镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金以其独特的轻质特性在汽车“减重、节能和减排”中具有其它金属结构材料无可比拟的优势。但是，镁合金较差的耐热(热强性能和高温抗蠕变)使其在汽车领域的应用受到一定的限制，如何提高镁合金的热强及其高温抗蠕变性能，开发新型的耐热镁合金一直是广大研究者非常关注的重要问题。其中主要的耐热镁合金体系有Mg-Al系和Mg-RE(稀土元素)系。

Mg-Al系合金中应用最广的是Mg-Al-Zn系(AZ)合金，但该类合金的蠕变性能较差，使用温度不能超过120℃。为进一步提高其耐热性能，研究者进一步开发了Mg-Al-Si(AS)系、Mg-Al-Ca(AC)系、Mg-Al-Sr(AJ)系、Mg-Al-RE(AE)系等，如公开号为1119679、1341767、1431328、1431329、101067178的中国专利均涉及到在Mg-Al合金基础上进一步复合RE、Ca、Sr、Si、Sb、Bi等元素中的一种或几种，从而开发出具有更高抗蠕变性能的耐热镁合金。与AZ系合金相比，AS、AC、AJ和AE系的蠕变性能有一定的提高，但提高幅度有限。其原因主要在于Mg-Al系合金的Mg-Al共晶反应温度低(437℃)，且含有高温软化相Mg₁₇Al₁₂，尽管在Mg-Al合金中复合Si、Ca、Sr和RE等元素可生成高温稳定相，但因Mg₁₇Al₁₂的存在使其高温强化作用受到削弱。基于此，无Al化成为高温耐热镁合金开发的主要方向。

无Al的耐热镁合金主要有Mg-Zn系和Mg-RE系耐热镁合金。和Mg-Al基合金相比，Mg-Zn基合金中也存在共晶反应温度低(437℃)，MgZn相高温下易软化等问题，因此其耐热性能的提高幅度仍有限。相对而言，Mg-RE系合金以其优异的耐热性能受到的关注更为广泛。因含RE的析出相通常具有高的热稳定性，同时RE元素在镁基体中扩散速率较慢，使得Mg-RE合金具有较高的高温强度和优良的抗蠕变性能，与Mg-Al系和Mg-Zn系合金相比，Mg-RE系可用于在200～300℃下长期工作的零部件。最近几年，国内公开了系列有关稀土耐热镁合金的专利，如Mg-Gd-Y系(公开号1804083)、Mg-Y-Sm-Zr(公开号1814837)、Mg-Gd-Mn-Sc(公开号101058861)、Mg-Y-Gd-Zn-Mn(公开号101148724)、Mg-Gd-Y-Sm-Zr(公开号101532106和101532107)。上述专利中所公开的耐热镁合金均以稀土为主要合金化元素，其中稀土类元素的含量均在10％以上。因稀土价格昂贵，Mg-RE系耐热镁合金的生产和制造成本很高，目前主要用于航空航天等领域，在民用领域很难推广使用。在无Al的耐热镁合金中，公开号为101397623和101392345的中国专利分别公开了Mg-Cu-Y系和Mg-Ni-Y系耐热镁合金。

从Mg-Si和Mg-Sn二元相图可知，Si和Sn可与Mg分别反应生成高熔点的Mg₂Si(熔点为1083℃)和Mg₂Sn(熔点为771℃)相，且Mg-Mg₂Si、Mg-Mg₂Sn共晶反应温度分别为638℃和561℃。可见，Mg-Si和Mg-Sn合金无论是生成的化合物的热稳定性还是共晶反应温度均显著高于Mg-Al和Mg-Zn合金。因此，在Mg合金中复合Si或者Sn均应可显著提高其高温抗蠕变性能。且与稀土类元素相比，Sn和Si在价格方面具有显著优势。本发明选择Sn和Si为主要的合金化元素，拟公开一种无Al的Mg-Sn-Si系耐热镁合金，并复合少量的La元素以控制和改善该合金系的组织，从而改善其性能。最近，公开号为101161840的中国专利公开了一种Mg-Sn-Si合金，并利用高温(490～550℃)长时间(1～4h)保温的办法可有效改变共晶Mg₂Si相的形态，但该方法处理温度高，时间长，能耗大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种Mg-Sn-Si-La系耐热镁合金及其制备方法。本发明利用Si和Sn能与Mg分别反应生成高热稳定性的金属间化合物Mg₂Si和Mg₂Sn相，并利用La可有效变质Mg₂Si相形态这一特性，从而获得一种低成本的含锡和硅的高性能耐热镁合金。