[发明专利]一种稀土镁合金及其薄板的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种稀土镁合金及其薄板（0.4~2mm）的制备方法。具体是根据稀土元素对镁合金塑性的提升作用，在传统镁合金基础上添加适量的稀土元素，通过控制随后的热轧、冷轧及后续热处理工艺，获得高塑性、高热稳定性的稀土镁合金薄板。 

背景技术

镁合金具有比强度和比刚度高、铸造性能好、电磁屏蔽和阻尼性能优异及可回收再利用等特点，在航空航天、交通工具、电子通讯、光学仪器、计算机制造等领域具有广泛的应用前景。由于镁及合金的室温变形能力差、热稳定性及耐蚀性能差严重阻碍了镁合金进一步的拓展应用。由于镁合金具有密排六方结构，通常在常温下的塑性变形仅限于基面滑移和锥面孪生，当变形温度超过225℃时其柱面和锥面滑移系开动，塑性变形能力大幅提高。此外，常见商业化镁合金中的二次强化相粒子如Mg₁₇Al₁₂ 、MgZn₂相熔点仅为437℃、347℃，热稳定性能差，在高温下容易发生粗化和软化，减小了对晶界滑移的阻挡作用，其工作温度一般不超过150℃。因此，改善镁合金室温变形能力和热稳定性是镁合金应用领域亟待解决的关键问题之一。 

稀土元素（RE）具有独特的核外电子排布和化学特性，在镁合金中加入适量的稀土元素一方面可增强原子间结合力、减小镁原子扩散速度，对提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程具有显著作用，特别是由于稀土金属与镁形成的化合物热稳定性高，可以显著提升镁合金的力学性能，尤其是高温性能。稀土镁合金具有良好的铸造性能，稀土元素不仅可以净化合金熔体、改善合金组织，还可以在铸造过程中显著细化晶粒，使镁合金凝固温度区间变窄，减小显微疏松和热裂纹倾向。在稀土镁合金熔体中，影响晶粒细化的两个重要因素是溶质偏析和异质形核质点。溶质偏析导致枝晶生长的液-固界面前沿生成过冷区，进而阻碍枝晶生长并提高激活成份过冷区内的形核质点的驱动力；而形核质点的形核能力决定了凝固开始及成份过冷区有效晶核的数量。此外，稀土元素还有很好的时效强化作用，可以析出非常稳定的弥散相粒子，从而能大幅度提高镁合金的高温强度和蠕变抗力。另外一方面加入稀土元素可改变镁合金轴比，提高镁合金变形能力。 

CN200910011111.1A名称为《一种高塑性、低各向异性镁合金及其板材的热轧制工艺》的发明专利在Mg-Zn系合金中加入0.1~10%稀土元素，铸锭经均匀化退火处理后热轧成0.1~5mm的薄板，并进行退火热处理。轧制变形后板材沿轧向的伸长率δ≥30%，沿横向的伸长率δ≥36%。制备出的板材具有较弱的基面织构、低的各向异性(平均各向异性因子在0.8~1.3 之间)。 

CN201210124363.7名称为《一种高温高强韧变形镁合金材料及其制备方法》的发明专利公开了在Mg-Zn-Zr的基础上添加Y（4.5~9.8%），Er（0.5~1.5%），Ho（0.3~1.0%）及其它稀土元素（0.2~0.6%），经过熔炼、铸棒、均匀化处理及热挤压变形后，室温抗拉强度达到340~420MPa，伸长率为5~15%，在250℃高温下抗拉强度可达到310~380MPa，伸长率为18~29%。 

CN200410081258.5名称为《一种含稀土钇的高塑性镁合金》的发明专利通过在ZK60合金中添加稀土Y阻碍热挤压过程中再结晶晶粒的长大，进一步细化晶粒，从而在保持合金高强度条件下提高其塑性。该发明的Mg-(5.0~8.5)Zn-(0.7~2.0)Y-(0.6~0.8)Zr合金挤压态平均晶粒尺寸为5~8 μm，室温抗拉强度为322~337 MPa，伸长率为18~21.5%。 

上述三项专利中，CN200910011111.1A通过添加稀土元素和控制热轧工艺提高了合金的室温塑性变形性能，而未涉及其热稳定性；CN201210124363.7虽然通过添加较高含量的稀土元素获得了良好的室温、高温抗拉强度，但合金的经济性和室温变形能力仍有待提高，CN200410081258.5通过添加稀土元素Y细化晶粒，合金的室温抗拉强度及塑性变形能力得到了提高，同样未能考察合金的热稳定性。综上所述，研究开发一种低成本、高塑性，热稳定性良好的稀土镁合金是扩大其在高端领域应用的重要课题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土镁合金。 

本发明的另一个目的是提供一种塑性高、热稳定性好的稀土镁合金薄板的制备方法。 

所述稀土镁合金的组分及其质量百分比为：Zn 0.5~4.0%、Gd 0.1~2%和Zr 0.3~0.9%，其余为Mg。