[发明专利]一种Sn、Si复合强化的新型耐热镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料及冶金技术领域，涉及一种合金，尤其涉及一种Sn、Si复合强化的新型耐热镁合金及其制备方法。

背景技术

镁及镁合金作为目前最轻的金属结构材料，其较高的比强度、比刚度，良好的抗磁干扰性，高的电负性和导热性，成为21世纪最具有发展潜力的金属材料之一，被广泛用于航空航天、现代汽车、便携电子产品等行业。目前，AZ和AM两个Mg-Al系镁合金被广泛的应用于生产，其中最具代表性的AZ91D镁合金因其具有较高的室温强度，良好的铸造工艺性能和切削加工性及优良的耐蚀性和成本低等优点，成为目前使用最广泛的商业铸造镁合金。但是，对于Mg-Al系镁合金来说当服役温度超过120℃以后，合金组织中的主要的强化相β-Mg_l7Al₁₂开始软化，不能起到钉扎晶界和抑制高温晶界区转动的作用，使得合金强度和抗蠕变性能大幅度下降。因而难以作为高温环境下长期使用的部件，大大限制了其使用范围。因此，进一步提高镁合金的高温性能成为镁合金领域的重要研究方向。

目前，耐热镁合金的研究和开发主要集中在镁-铝系、镁-锌系和镁-稀土系合金，并且通过添加合金元素、热处理工艺以及镁基复合强化和快速凝固、粉末冶金法等手段进行强化，以提高镁合金的室温和高温性能。对于镁-铝系合金而言，通过向合金中添加Si、Ca、Sb、RE等元素中的一种或多种，通过在晶界析出细小而弥散的析出相，以阻止晶界滑移提高其耐热性能或形成高熔点相，使其热稳定性更高。如王建利公开的专利《高强韧耐热Mg-Al-RE-Mn变形镁合金及其板材的制备方法》（申请号：201010616893.4，公开号：CN102051509A，公开日：2011.5.11）和刘子利公开的专利《高强韧耐热耐蚀稀土镁合金及其制备方法》（申请号：201110044827.9，公开号：CN1021276699A，公开日：2011.7.20）都能够有效地提高合金的耐热性能。但是，合金组织中依然存在大量的β-Mg_l7Al₁₂相，使得合金中高温强化相的作用减弱，合金的高温性能不能有效提高。另外，由于昂贵的稀土元素的使用提高了合金的成本，不利于实际推广应用。第三，由于铝元素的存在，会形成含铝—稀土脆性相，这对于合金的综合性能的提高不利。对于Mg-Zn系合金，通过加入稀土元素生能够于基体形成δ(Mg)和锌-稀土化合物的共晶体，细小的含稀土的高温相能够有效提高合金的强度和高温性能。如周天承公开的专利《耐热镁合金及其制备方法》（申请号：201010209256.5，公开号：CN101880806A，公开日：2010.11.10），虽然也能获得较高的高温性能，但是对于Mg-Zn系合金来说，Mg-Zn共晶温度只有为437℃，并且Mg₇Zn₃作为亚稳相分布在晶界，对合金的力学性影响较大，但亚稳相Mg₇Zn₃易分解成稳定相MgZn。因此，合金耐热性能的提高受到限制。而镁-稀土系合金为基础制备高温性能优异的镁合金占居多。何上明公开的专利《高强度耐热镁合金及其制备方法》（申请号：200510025251.6，公开号：CN1676646A，公开日：2005.10.5）其制备的高强度耐热镁合金中稀土的含量为6-15%Gd、1-6%Y，合金的强度和高温性能优异。李大全公开的专利《高强度耐热镁合金及其制备方法》（申请号：200610024085.2，公开号：CN1814837A，公开日：2006.8.9）制备的高强耐热镁合金中稀土元素Y的含量为12%（Wt.%），该合金的室温抗拉强度为365MPa，200℃的抗拉强度为331MPa，250℃的抗拉强度为312MPa。董丽君等人（董丽君,吴安如,王克龙,贺佳,蒋斌.Mg-11.8Gd-2.8Y-0.44Zr耐热镁合金热压缩变形行为研究.特种铸造及有色合金,2010,30(10):955-957）制备的Mg-11.8Gd-2.8Y-0.44Zr合金也具有较高的高温蠕变性能。不难看出，上述公开的专利和文献中所制备的高温耐热镁合金中添加大量的稀土元素，而稀土元素不仅价格昂贵，而且比重大，将稀土元素作为主加元素制备耐热镁合金将导致材料成本大幅提高，不利于获得廉价的具有高温力学性能的镁合金的生产和推广。