[发明专利]镁铝合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有小晶粒尺寸的镁铝合金及其制备方法。这种合金尤其适用于铸造用途。

镁合金的开发通常为航天工业对轻型材料不断提高的性能需求所驱动。镁合金如此受设计者们重视的原因就在于其具有低密度，仅为铝的三分之二。这也是镁合金被广泛用于铸造及锻造制品的重要原因。

近年来，由于对高防腐性能的进一步要求，在新型镁合金的改进上已获得相当的进展。由于在机械特性和防腐性能方面的改进，镁合金在航空航天以及其他特殊应用领域日益受到更多的重视。

背景技术

镁合金的适用性往往会由于较小的晶粒尺寸而得到改善。小的晶粒尺寸通常会使镁合金具有更好的机械性能和结构均匀性，从而具有更佳的机械加工性能、良好的抗热剪切性能以及更优的可挤压性能。目前有许多制件是通过对铸坯进行挤压、轧制和锻造的方式进行生产的。因此，镁合金的细小晶粒尺寸在铸造中不仅有利于改善铸态制件的加工性能，还有助于提高产品的二次加工性能。

镁合金通常可以分为两大类：不含铝的与含铝的镁合金。不含铝的合金主要指含有锌或者通过锆改良晶粒的合金，例如ZE41，ZK60，WE43和EZ33。在这些合金中，晶粒尺寸可以通过添加锆的方式进行控制或减小。然而，锆的特殊晶粒改良功效在含铝镁合金例如AM50，AM60和AZ91中却不能起作用，这是由于铝和锆会很容易发生相互作用而形成稳定的金属间相，可惜其作为镁合金晶粒成核剂就不起作用了。因此，仍然需要开发对于镁铝合金合适的晶粒细化剂。

工艺现状

迄今为止，已有多种的镁铝合金细化晶粒的方法得以开发。

在过热方法中，镁合金被加热到其熔点以上约150至250℃，在该温度下维持5至15分钟，之后迅速冷却至浇铸温度。其晶粒细化机理被认为是通过Al-Mn-Fe化合物的非均匀成核作用。在过热方法的过程中，观察到了几个基本特征。第一，需要在浇铸温度以上一定的温度范围才能最大限度地发挥晶粒细化的效果。第二，从过热温度至浇铸温度的快速冷却以及短暂的保持时间对于形成微细晶粒也是至关重要的条件。由于需要高温，这种方法的能耗相当高，而且在防止熔体氧化以及检查与维护浇铸包等方面还会有相当的花费。

碳接种技术是目前另一种用于镁铝合金的主要且有效的晶粒细化方法。该方法的关键步骤就在于将碳引入到已熔的镁金属中。其晶粒细化机理被认为是：通过化合物中的碳与熔体中的铝发生反应而形成碳化铝(Al₄C₃)的非均相成核作用。在工业过程中，是添加C₇Cl₆作为晶粒细化剂，但是由于会产生大量的有害气体，这种方法不再被允许使用。另外，无机碳，例如石墨稀、碳和石蜡也被研究作为晶粒细化剂。然而，它们的晶粒细化作用相当有限。

在Elfinal方法中，氯化铁在大约760℃被加到熔体中，而所述熔体在该温度下保持30至60分钟，从而逐渐形成Al-Mn-Fe化合物，而该化合物被认为会有晶粒细化作用。然而有报导指出，为了获得显著的晶粒细化效果，锰含量必须高于一定界值。这种方法的问题在于Fe和Mn的局部电池效应所引起抗腐蚀性能的劣化。

以上方法在例如下述文献中有所描述：Lee et al.Metallurgical andMaterials Transactions，Vol.31A，2000，pages 2805-2906。

简而言之，迄今为止还没有一种用于改善铸态镁铝合金的晶粒细化的令人满意的手段。因此，本发明的目的在于提供一种镁铝型合金晶粒细化的改良方法。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种含有晶粒细化剂的镁铝合金，所述晶粒细化剂具有如下化学式：

Mg_100-x-y-zAl_xC_yR_z

其中，R是选自硅、钙、锶或稀土元素所构成组群的元素，x为10至60At.％，y为5至50At.％，z为0至20At.％，条件是x+y+z小于100At.％。优选地x为20至50At.％；进一步优选地y为10至35At.％；以及进一步优选地z为1至20At.％。

优选地，所述稀土元素选自镧、铈、钕、钐、铕或混合稀土。